Расчёт стропильной системы. Стропильная система двухскатной крыши: расчёт стропил для различных покрытий Расчет нагрузки на 1 м стропильной системы

Сочетание нагрузок

Теперь, зная коэффициенты, давайте окончательно узнаем значение всех уже расчетных нагрузок.
Снеговая нагрузка: S расч= 198 кг/м2 · 1,4 = 277,2 кг/м2
Ветровая нагрузка: Wрасч = 27,56 кг/м2 · 1,4 = 38,58 кг/м2
Постоянная нагрузка: Gрасч = 52,22кг/м2 · 1,1 = 57,44 кг/м2

Уже для полного осведомления, расскажу, что просто получившиеся нагрузки суммировать не правильно – результат получится выше.

Иногда на расчетную конструкцию действуют сразу много нагрузок. К примеру, постоянная нагрузка от конструкции, полезная нагрузка от нахождения людей, полезная нагрузка от мебели, снеговая нагрузка, ветровая нагрузка и прочие. Но шанс, что все их максимальные значения будут действовать одновременно, близится к нулю. Поэтому временные нагрузки распределяют еще на кратковременные и длительные, и вводят для них свои коэффициенты сочетания. Где-то 0,9, а где-то и 0,3. И при суммировании данных нагрузок, их просто умножают на эти коэффициенты.

Но в нашем случае у нас не так много нагрузок, и мы их просуммируем без коэффициентов сочетаний (хуже не будет).

u = 277.2 + 38.58 + 57.44 = 373,22 кг/м2

Т.е. одна стропильная нога с грузовой площадью №1 равной 5,769 м2 (считали выше) будет нести нагрузку

Q = 373,22 кг/м2 · 5,769 м2 = 2 153 кг

А линейная распределенная нагрузка по длине стропильной ноги L=6,410м (считали выше) будет равна:

q = 2 153 кг / 6,410 м = 335,88 кг/м

Расчет стропильной системы

Расчет на прочность стропильной ноги будет основываться на следующей формуле:

M / W ≤ Rизг

Где M – максимальный изгибающий момент
W – момент сопротивления поперечного сечения изгибу
Rизг – расчетное сопротивление изгибу (1-ый сорт древесины – 14 Мпа, 2-ой сорт– 13Мпа, 3-ий сорт – 8,5Мпа)

Момент сопротивления прямоугольного сечения:

W = b · h · h /6

Где b – ширина сечения стропильной ноги
h – высота сечения стропильной ноги

Если задаться, что высота h в 1,5 раза больше чем ширина b

W = b · (1.5 · b) · (1.5 · b) / 6 = 0.375·b·b·b
M / 0.375·b·b·b ≤ Rизг
b ≥ корень 3 степени (M / Rизг / 0,375)

Если задаться, что высота h в 2 раза больше чем ширина b , то в итоге мы будем иметь следующую формулу.

W = b · (2 · b) · (2 · b) / 6 = 0.667·b·b·b
M / 0.667·b·b·b ≤ Rизг
b ≥ корень 3 степени (M / Rизг / 0,667)

Исходные данные – сосна 1 сорт, а геометрия и нагрузки такие же как в примерах выше.

Максимальный изгибающий момент рассчитаем у нас на калькуляторе путем ввода значений, посчитанных выше либо по формуле M=q·L1·L1/8 (менее точная):

L1 = 5189 мм – основной пролет
L2 = 1221 мм – правая консоль

Результатом будем иметь максимальный изгибающий момент M=1008,7 кг·м

Переведем наш момент из кг*м в Н*мм.

M = 1008.7 кг*м · 10 · 1000 = 10 087 000 Н*мм

Если задались бы отношением h/b=2, то получили бы следующее:

b ≥ корень 3 степени (M / Rизг / 0,667)
b ≥ корень 3 степени (10087000 / 14 / 0,667) ≥ 102,61 мм

Принимаем b = 125 мм, а высота h тогда будет 2·125=250 мм. Принимаем h =250 мм.

Полученное сечение стропильной ноги – 125х250 мм

Заключение

Итак, в г. Томск для крыши под углом 35 градусов с шагом стропил 900 мм из сосны I сорта, высотой до конька 7м с профнастилом в качестве кровельного материала подойдут стропила сечением 125х200 мм.

P.S. данная статья писалась на протяжении нескольких дней и еще к ней будет сделан , поэтому автор будет очень благодарен, если Вы поделитесь данной статьей со своими друзьями и коллегами и напишете комментарий.

Расчет стропильной системы крыши - это процесс, который требует определенных знаний и опыта. Обычно он проводится на стадии проектирования здания, но при замене конструкции на уже возведенном объекте может осуществляться и отдельно. Для правильного расчета стропильных конструкций необходимо учесть несколько факторов.

Все нагрузки на стропильные системы подразделяются на постоянные, временные и особые:

Постоянные нагрузки включают в себя собственный вес стропил, кровельного материала и теплоизоляционного слоя.

К временной нагрузке можно отнести снеговой и ветровой фактор, а также вес людей и оборудования при монтаже и возведении стропильных конструкций и ремонте кровли.

S=Sg*µ, где:

Sg - максимальная величина снегового покрова (табличные данные, выбираемые в зависимости от климатического района расположения объекта);

µ — коэффициент угла наклона кровли (определяется в зависимости от конструктивных особенностей объекта, равен 1 при наклонах кровли до 25° и 0,7 — при углах наклона от 25° до 60°)

Карта снеговых нагрузок Украины

W=Wo*k , где:

Wo — максимальное значение ветровой нагрузки в зависимости от региона (табличные данные)

K - коэффициент, регламентирующий высотность строения и особенности местности его расположения (табличные данные)

А — побережья водоемов, озер и т.д.

В -городские территории, лесные массивы и др. местности равномерно покрытые препятствиями.

коэффициенты ветровых нагрузок Украины и РФ

К особым нагрузкам можно отнести: сейсмическую активность и другие стихийные бедствия в конкретном регионе. Этот показатель определяется по данным статистических исследований природных условий.

Подбор стропил и их сечения

Брус какого сечения использовать для изготовления стропильных элементов, зависит от длины стропила, шага и предполагаемых нагрузок. В приведенной ниже таблице вы можете ознакомиться со значениями сечений, которые соответствуют расчетным нагрузкам, характерным для Украины.

таблица значений сечения стропильного бруса

мауэрлат, прогоны, - 100 на 100 мм или 150 на 150

ригели - 100 на 150 мм

диагональные стропильные ноги — 100 на 200 мм

затяжки - 50 на 150 мм

доски для подшивки — 22-25 на 100-150мм

1. Шифер 10 - 15 кг/м²;
2. Ондулин (битумный шифер) 4 - 6 кг/м²;
3. Керамическая черепица 35 - 50кг/м²;
4. Цементно-песчаная черепица 40 - 50 кг/м²;
5. Битумная черепица 8 - 12 кг/м²;
6. Металлочерепица 4 - 5 кг/м²;
7. Профнастил 4 - 5 кг/м²;

Вес обрешётки 8 - 10 кг/м²;

Пример расчета

Угол наклона крыши 30°

Высота здания 5м

Кровля из керамической черепицы 50 кг/ м²

Шаг монтажа стропил 0,9м

Длина стропилы 4.4м

Временные нагрузки

Ветровая нагрузка 3 регион 38кг*0,75 (прибрежные районы, высота здания 5м)=28,5 кг/ м²

Снеговая нагрузка 2 регион 101кг*0,7(при угле наклона крыши не менее 25 ° и не более 60°)=70 кг/м²

Постоянные нагрузки

Вес обрешётки 8 - 10 кг/м²;
Вес собственно стропильной системы 15 - 20 кг/м²;

Керамическая черепица 35 - 50кг/м²;

Суммарная нагрузка (постоянная+переменная) 80+70=150 кг/м²

Дальше рассчитываем удельную нагрузку на 1м длины стропила, для этого необходимо умножить полученное давление на коэффициент, который характеризует расстояние между стропилами, то есть это число и есть само расстояние, тогда получим:

150*0,9=135 кг/м

Округляем к большей величине 150кг/м.

Онлайн-калькулятор двускатной крыши поможет вам рассчитать углы наклона стропил, необходимое количество обрешётки, предельную нагрузку на кровлю, а также материалы, необходимые для строительства крыши данного типа при заданных размерах. Вы сможете рассчитать кровлю из таких популярных кровельных материалов, как шифер, ондулин, керамическая, цементно-песчаная и битумная черепица, металлочерепица и других материалов.

При расчётах учитываются параметры, приведенные в ТКП 45-5.05-146-2009 и СНиП «Нагрузки и воздействия».

Двускатная крыша (также известная как двухскатная или щипцовая) – разновидность крыши, имеющая два наклонных ската, которые идут от конька к наружным стенам здания. Это самый распространённый вид крыши на сегодняшний день. Объясняется это её практичностью, малыми затратами на возведение, эффективной защитой помещений и эстетичным внешним видом.

Стропила в конструкции двухскатной крыши опираются друг на друга, соединяясь попарно. С торцевой стороны двускатные крыши имеют форму треугольника, такие торцы называются щипцами или фронтонами. Обычно под такой кровлей устраивается чердак, который освещается с помощью маленьких окон на фронтонах (чердачных окошек).

Вводя в калькулятор данные, непременно сверьтесь с дополнительной информацией, помеченной иконкой.

Внизу этой страницы вы можете оставить отзыв, задать свой собственный вопрос разработчикам или предложить идею по улучшению этого калькулятора.

Разъяснение результатов расчетов

Угол наклона крыши

Под этим углом наклонены стропила и скат крыши. Подразумевается, что планируется строительство симметричной двускатной крыши. Помимо расчета угла, калькулятор проинформирует, насколько угол соответствует нормам по выбранному вами кровельному материалу. Если потребуется изменить угол, то для этого нужно изменить ширину основания или высоту подъёма крыши, либо выбрать другой (более легкий) кровельный материал.

Площадь поверхности крыши

Суммарная площадь кровли (включая свесы заданной длины). Определяет количество кровельных и изоляционных материалов, которые понадобятся для работ.

Примерный вес кровельного материала

Суммарный вес кровельного материала, необходимого для полного покрытия площади крыши.

Количество рулонов изоляционного материала с нахлестом

Общее количество изоляционного материала в рулонах, которое потребуется для изоляции кровли. В расчетах за основу берутся рулоны длиной 15 метров и шириной 1 метр.

Максимальная нагрузка, приходящаяся на стропильную систему. В расчетах учитывается вес всей кровельной системы, форма крыши, а также ветровые и снеговые нагрузки указанного вами региона.

Длина стропил

Полная длина стропил от начала ската до конька крыши.

Количество стропил

Суммарное количество стропил, требуемых для строительства крыши с заданным шагом.

Минимальное сечение стропил, Вес и Объем бруса для стропил

В таблице представлены рекомендуемые размеры сечений стропил (по ГОСТ 24454-80 Пиломатериалы хвойных пород). Для определения соответствия во внимание берется тип кровельного материала, площадь и форма конструкции крыши, а также оказываемые на кровлю нагрузки. В соседних столбцах отображается общий вес и объем этих стропил для всей крыши.

Количество рядов обрешетки

Суммарное число рядов обрешётки для всей крыши. Чтобы определить количество рядов обрешетки для одного ската, достаточно разделить полученное значение на два.

Равномерное расстояние между досками обрешетки

Чтобы равномерно установить обрешетку, избежав лишнего перерасхода, используйте указанное здесь значение.

Количество досок обрешетки стандартной длиной

Для обрешетки всей крыши вам потребуется указанное здесь количество досок. При расчетах используется стандартная 6-метровая длина доски.

Объем досок обрешетки

Объем досок в метрах кубических поможет вам рассчитать стоимости затрат на обрешетку.

Примерный вес досок обрешетки

Предположительный общий вес досок обрешетки. В расчетах используется средние значения плотности и влажности для хвойных пород дерева.

Основным элементом крыши, воспринимающим и противостоящим всем видам нагрузок, является стропильная система . Поэтому для того чтобы ваша крыша надёжно противостояла всем воздействиям окружающей среды, очень важно сделать правильный расчёт стропильной системы.

Для самостоятельного расчёта характеристик материалов, необходимых для монтажа стропильной системы, я привожу упрощённые формулы расчёта . Упрощения сделаны в сторону увеличения прочности конструкции. Это вызовет некоторое увеличение расхода пиломатериалов, однако на небольших крышах индивидуальных строений оно будет несущественным. Данными формулами можно пользоваться при расчёте двухскатных чердачных и мансардных, а также односкатных крыш.

На основе приведенной ниже методики расчёта, программист Андрей Мутовкин (визитка Андрея - мутовкин.рф) для собственных нужд разработал Программу расчёта стропильной системы . По моей просьбе он великодушно разрешил разместить её на сайте. Скачать программу можно .

Методика расчёта составлена на основе СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», с учётом «Изменений...» от 2008г, а также на основе формул, приведенных в других источниках. Эту методику я разработал много лет назад, и время подтвердило её правильность.

Для расчёта стропильной системы, прежде всего, необходимо вычислить все нагрузки, действующие на крышу.

I. Нагрузки, действующие на крышу.

1. Снеговые нагрузки.

2. Ветровые нагрузки.

На стропильную систему, кроме вышеперечисленных, также действуют нагрузка от элементов крыши:

3. Вес кровли.

4. Вес чернового настила и обрешётки.

5. Вес утеплителя (в случае утеплённой мансарды).

6. Вес самой стропильной системы.

Рассмотрим все эти нагрузки подробнее.

1. Снеговые нагрузки.

Для расчёта снеговой нагрузки воспользуемся формулой:

Где,
S - искомая величина снеговой нагрузки, кг/м²
µ - коэффициент, зависящий от уклона крыши.
Sg - нормативная снеговая нагрузка, кг/м².

µ - коэффициент, зависящий от уклона крыши α . Безразмерная величина.

Примерно определить угол уклона крыши α можно по результату деления высоты Н на половину пролёта - L .
Результаты сведены в таблицу:

Тогда, если α меньше или равно 30°, µ = 1 ;

если α больше или равно 60°, µ = 0 ;

если 30° вычисляем по формуле:

µ = 0,033·(60-α);

Sg - нормативная снеговая нагрузка, кг/м².
Для России принимается по карте 1 обязательного приложения 5 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»

Для Белоруссии нормативная снеговая нагрузка Sg определяется
Техническим кодексом УСТАНОВИВШЕЙСЯ ПРАКТИКИ Еврокод 1. ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ Часть 1-3. Общие воздействия. Снеговые нагрузки. ТКП EN1991-1-3-2009 (02250).

Например,

Брест (I) - 120 кг/м²,
Гродно (II) - 140 кг/м²,
Минск (III) - 160 кг/м²,
Витебск (IV) - 180 кг/м².

Найти максимально возможную снеговую нагрузку на крышу высотой 2,5 м и длинной пролёта 7м.
Строение находится в дер. Бабенки Ивановской обл. РФ.

По карте 1 обязательного приложения 5 СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" определяем Sg - нормативную снеговую нагрузку для города Иваново (IV район):
Sg=240 кг/м²

Определяем угол уклона крыши α .
Для этого высоту крыши (H) разделим на половину пролёта (L): 2,5/3,5=0,714
и по таблице найдём угол уклона α=36°.

Так как 30° , расчёт µ произведём по формуле µ = 0,033·(60-α) .
Подставляя значение α=36° , находим: µ = 0,033·(60-36)= 0,79

Тогда S=Sg·µ =240·0,79=189кг/м²;

максимально возможная снеговая нагрузка на нашу крышу составит 189кг/м².

2. Ветровые нагрузки.

Если крыша крутая (α > 30°) , то из-за её парусности ветер давит на один из скатов и стремится её опрокинуть.

Если крыша пологая (α , то подъёмная аэродинамическая сила, возникающая при огибании её ветром, а также турбулентности под свесами стремятся эту крышу приподнять.

Согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» (в Белоруссии - Еврокод 1 ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия), нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm на высоте Z над поверхностью земли следует определять по формуле:

Где,
Wo - нормативное значение ветрового давления.
K - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте.
C - аэродинамический коэффициент.

K - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте. Его значения, в зависимости от высоты здания и характера местности, сведены в Таблицу 3.

C - аэродинамический коэффициент,
который в зависимости от конфигурации здания и крыши может принимать значения от минус 1,8 (крыша поднимается) до плюс 0,8 (ветер давит на крышу). Так как расчёт у нас - упрощённый в сторону увеличения прочности, то значение C принимаем равным 0,8.

При строительстве крыши необходимо помнить, что ветровые силы, стремящиеся приподнять или сорвать крышу, могут достигать значительных величин, и, поэтому, низ каждой стропильной ноги необходимо хорошенько прикреплять к стенам или к матицам.

Делается это любыми способами, например, при помощи отожжённой (для мягкости) стальной проволокой диаметром 5 - 6мм. Этой проволокой каждая стропильная нога прикручиваются к матицам либо к ушкам плит перекрытия. Очевидно, что чем крыша тяжелее, тем лучше!

Определить среднюю ветровую нагрузку на крышу одноэтажного дома c высотой конька от земли - 6м. , углом уклона α=36° в деревне Бабенки Ивановской обл. РФ.

По карте 3 приложения 5 в « СНиП 2.01.07-85» находим, что Ивановская область относится ко второму ветровому району Wo= 30 кг/м²

Так как все строения в посёлке ниже 10м., коэффициент K= 1.0

Значение аэродинамического коэффициента C принимаем равным 0,8

нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm= 30·1,0·0,8 = 24кг/м².

Для информации: если ветер дует в торец данной крыши, то на её край действует поднимающая (срывающая) сила до 33,6кг/м²

3. Вес кровли.

Различные виды кровли имеют следующий вес:

1. Шифер 10 - 15 кг/м²;
2. Ондулин (битумный шифер) 4 - 6 кг/м²;
3. Керамическая черепица 35 - 50кг/м²;
4. Цементно-песчаная черепица 40 - 50 кг/м²;
5. Битумная черепица 8 - 12 кг/м²;
6. Металлочерепица 4 - 5 кг/м²;
7. Профнастил 4 - 5 кг/м²;

4. Вес чернового настила, обрешётки и стропильной системы.

Вес чернового настила 18 - 20 кг/м²;
Вес обрешётки 8 - 10 кг/м²;
Вес собственно стропильной системы 15 - 20 кг/м²;

При расчёте окончательной нагрузки на стропильную систему, все вышеперечисленные нагрузки суммируются.

А теперь открою вам маленький секрет. Продавцы некоторых видов кровельных материалов в качестве одного из положительных свойств отмечают их лёгкость, что по их заверениям, приведёт к значительной экономии пиломатериалов при изготовлении стропильной системы.

В качестве опровержения данного утверждения приведу следующий пример.

Расчёт нагрузки на стропильную систему при использовании различных кровельных материалов.

Посчитаем нагрузку на стропильную систему при использовании самого тяжёлого (Цементно-песчаная черепица
50 кг/м² ) и самого лёгкого (Металлочерепица 5 кг/м² ) кровельного материала для нашего домика в деревне Бабенки Ивановской обл. РФ.

Цементно-песчаная черепица:

Ветровые нагрузки - 24кг/м²
Вес кровли - 50 кг/м²
Вес обрешётки - 20 кг/м²

Итого - 303 кг/м²

Металлочерепица:
Снеговые нагрузки - 189кг/м²
Ветровые нагрузки - 24кг/м²
Вес кровли - 5 кг/м²
Вес обрешётки - 20 кг/м²
Вес самой стропильной системы - 20 кг/м²
Итого - 258 кг/м²

Очевидно, что имеющаяся разница в расчётных нагрузках (всего около 15%) не сможет привести к какой-либо ощутимой экономии пиломатериалов.

Итак, с расчётом суммарной нагрузки Q , действующей на квадратный метр крыши мы разобрались!

Особо обращаю ваше внимание: при расчётах внимательно следите за размерностью!!!

II. Расчёт стропильной системы.

Стропильная система состоит из отдельных стропил (стропильных ног), поэтому расчёт сводится к определению нагрузки на каждую стропильную ногу в отдельности и расчёту сечения отдельной стропильной ноги.

1. Находим распределённую нагрузку на погонный метр каждой стропильной ноги.

Где
Qr - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги - кг/м ,
A - расстояние между стропилами (шаг стропил) - м ,
Q - суммарная нагрузка, действующая на квадратный метр крыши - кг/м² .

2. Определяем в стропильной ноге рабочий участок максимальной длины Lmax.

3. Рассчитываем минимальное сечение материала стропильной ноги.

При выборе материала для стропил руководствуемся таблицей стандартных размеров пиломатериалов (ГОСТ 24454-80 Пиломатериалы хвойных пород. Размеры), которые сведены в Таблицу 4.

А. Рассчитываем сечение стропильной ноги.

Задаём произвольно ширину сечения в соответствии со стандартными размерами, а высоту сечения определяем по формуле:

H ≥ 8,6·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон крыши α

H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон крыши α > 30°.

H - высота сечения см ,


B - ширина сечения см ,
Rизг - сопротивление древесины на изгиб, кг/см².
Для сосны и ели Rизг равен:
1 сорт - 140 кг/см²;
2 сорт - 130 кг/см²;
3 сорт - 85 кг/см²;
sqrt - квадратный корень

Б. Проверяем, укладывается ли величина прогиба в норматив.

Нормируемый прогиб материала под нагрузкой для всех элементов крыши не должен превышать величины L/200 . Где, L - длина рабочего участка.

Это условие выполняется при верности следующего неравенства:

3,125·Qr·(Lmax)³/(B·H³) ≤ 1

Где,
Qr - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги - кг/м ,
Lmax - рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны м ,
B - ширина сечения см ,
H - высота сечения см ,

Если неравенство не соблюдается, то увеличиваем B или H .

Условие:
Угол уклона крыши α = 36° ;
Шаг стропил A= 0,8 м ;
Рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны Lmax = 2,8 м ;
Материал - сосна 1 сорт (Rизг = 140 кг/см² );
Кровля - цементно-песчаная черепица (Вес кровли - 50 кг/м² ).

Как было подсчитано , суммарная нагрузка, действующая на квадратный метр крыши равна Q = 303 кг/м².
1. Находим распределённую нагрузку на погонный метр каждой стропильной ноги Qr=A·Q;
Qr=0,8·303=242 кг/м;

2. Выберем толщину доски для стропил - 5см.
Рассчитаем сечение стропильной ноги при ширине сечения 5см.

Тогда, H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/B·Rизг) , так как уклон крыши α > 30° :
H ≥ 9,5·2,8·sqrt(242/5·140)
H ≥15,6 см;

Из таблицы стандартных размеров пиломатериалов выбираем доску с ближайшим сечением:
ширина - 5 см, высота - 17,5 см.

3. Проверяем, укладывается ли величина прогиба в норматив. Для этого должно соблюдаться неравенство:
3,125·Qr·(Lmax)³/B·H³ ≤ 1
Подставляя значения, имеем: 3,125·242·(2,8)³ / 5·(17,5)³= 0,61
Значение 0,61 , значит сечение материала стропил выбрано правильно.

Сечение стропил, установленных с шагом 0,8м, для крыши нашего домика составит: ширина - 5 см, высота - 17,5 см.

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

Таблица аэродинамических коэффициентов в зависимости от уклона кровли и отношения высоты здания к длине (для двускатной крыши)

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:

1. объем леса (м3), используемого в качестве обрешетки, умножается на плотность дерева (500 кг/м3)
2. веса стропильной системы
3. вес 1м2 кровельного материала
4. вес 1м2 веса утеплителя
5. вес 1м2 отделочного материала
6. 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:

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.

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.

Таблица сечений стропил

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.

Размеры пиломатериалов по ГОСТ

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:

1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия с последними изменениями 2008г.
2. СНиП II-26-76 «Кровли»
3. СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»
4. СНиП 3.04.01-87 «Изоляционные и отделочные покрытия»
5. А.А.Савельев «Стропильные системы» 2000 г.
6. К-Г.Гётц, Дитер Хоор, Карл Мёлер, Юлиус Наттерер «Атлас деревянных конструкций»