Расчет висячих стропил – Как рассчитать висячие стропила — Доктор Лом. Первая помощь при ремонте

Расчет висячих стропил / Доктор Лом. Первая помощь при ремонте

Треугольная арка с затяжкой представляет собой ничто иное, как простейшую треугольную ферму из трех стержней. Недавно мы рассматривали расчет треугольной арки с затяжкой, заменив при этом затяжку горизонтальными опорными реакциями, тем не менее ее можно рассчитывать и как треугольную ферму. Проверочный расчет никогда не помешает. Для наглядности рассмотрим те же самые условия, т.е. строится двухэтажный дом в Московской области. Кровля планируется из висячих стропил, соединенных затяжкой возле опор. Эту конструкцию можно рассматривать и просто как треугольную трехшарнирную арку с горизонтальными связями на обеих опорах и как простейшую треугольную ферму из трех стержней, чем мы далее и займемся. Комментарии

Висячие стропила — популярное название для стропильной системы, которую можно рассматривать и как арку с затяжкой и как ферму. Вне зависимости от принятой расчетной схемы результат будет одинаковым. Поэтому для того, чтобы рассчитать висячие стропила, достаточно изучить статью «Расчет стропил — треугольной арки с затяжкой». А если ваши исходные данные точно такие же, как в указанной статье, то и рассчитывать ничего не надо, точнее весь расчет сведется к определению объемов пиломатериала. Тем не менее такое счастье выпадает далеко не всегда. То снеговая нагрузка другая, то длина пролета, то уклон кровли, то шаг стропил и т.д. Но хуже всего, когда все эти понятия типа: изгибающий момент, нормальные и касательные напряжения, опорная реакция, статическое равновесие, уравнение моментов и т.п. ничего кроме головной боли и рвотного рефлекса у вас не вызывают. Комментарии

Иногда в процессе строительства возникает такая ситуация, когда стропильная система, представляющая собой висячие стропила, уже сделана. А расчет стропильной системы выполнен уже после и, согласно расчету, стропильная система предполагаемых нагрузок не выдержит. Понятное дело, стропила нужно усиливать. Вот только как это сделать с минимальным количеством материально-временных издержек, проще говоря, переделок? Комментарии (12)

расчет треугольной арки с затяжкой

 
Стропильная система для дома является достаточно сложной и ответственной конструкцией, поэтому крайне желательно, чтобы проект ее был выполнен профессиональным архитектором. К сожалению, не единичны случаи, когда хозяева пренебрегают здравым смыслом и доверяют это дело обычным работникам-строителям, которые «проектируют» наслонные и висячие стропила для дома буквально «на коленке», основываясь на своем – богатом и не очень —  опыте.

Такое отношение к дорогостоящей кровле со стороны хозяина дома напоминает игру в русскую рулетку – повезет — не повезет, и очень часто приводит к возникновению деформаций и выходу из строя стропил и кровельного покрытия.

Рекомендуем вам не экономить на проектировании стропильной системы вашего дома. Это отдельный вид работ, который должен делать профессионал-проектировщик с соответствующим образованием. На основе ваших пожеланий о желаемой форме крыши, виде кровельного покрытия и внешнего вида самого дома, специалист правильно подберет необходимое сечение и шаг стропил, угол наклона скатов, спроектирует все инженерные узлы и детали соединений стропильных элементов.

Схема двух видов стропильных систем

Висячие стропила

 
В зданиях, достаточно больших по площади, но не имеющих несущих внутренних перегородок или опор, обычно применяют висячие стропила – ширина пролета при этом может достигать 7-12 метров.

Висячие и наслонные стропила: характеристики и особенности монтажа

Такая конструкция стропильной системы кровли предполагает опору только по периметру – на внешние стены или мауэрлаты, и применяется для перекрытия производственных помещений и цехов, торговых зданий, выставочных комплексов.

Висячие стропила имеют очень серьезный недостаток — большое распирающее усилие на стены дома, для компенсации которого обычно применяют горизонтальные затяжки (или ригели), соединяющие между собой стропильные ноги. При этом затяжки могут монтироваться как у самых нижних концов стропил (при этом они будут служить лагами будущего пола чердака или мансарды), так и выше.

Типы висячих стропил

Совет: при монтаже затяжек помните – чем выше она расположена, тем серьезнее нагрузки на растяжение испытывает, поэтому требует большего сечения бруса (если используется деревянный брус) и более надежного выполнения соединительных узлов.

Монтаж висячих стропил

 
Висячая стропильная система, в случае изготовления из дерева, обычно требует деревянный брус сечением не менее 50х200 мм, однако при изготовлении нужно ориентироваться исключительно на проект кровли, выполненный специалистом.

1. После монтажа мауэрлатов по периметру внешних стен, берем два бруса запроектированного сечения и поднимаем наверх. Стропильные ноги обрезаем по размерам.
2. Для устойчивой опоры на мауэрлате в обеих стропильных ногах делаем одинаковые выемки. Верхние части стропильных ног прирезаем таким образом, чтобы они упирались друг в друга — соединение внахлест в этом случае не подойдет из-за меньшей надежности.
3. Очень важно тщательно подогнать между собой эту первую пару стропильных ног. После того, как убедитесь в идеальности всех соединений и узлов, опускаем обе детали на землю и по ним делаем шаблоны для всех остальных стропильных ног – отдельно для правых и левых. Это значительно упростит изготовление всех остальных стропил и ускорит монтаж стропильной системы.
4. Последовательно и попарно поднимаем стропильные ноги наверх и крепим их между собой и на мауэрлат; первую пару – с одного края кровли, вторую – с противоположного. Между ними необходимо натянуть шнур, который будет служить уровнем для всех остальных деталей кровли.
5. После монтажа всех стропильных пар их необходимо связать между собой в верхней части, обязательно соблюдая расстояние между соседними, которое должно быть таким же, как и в нижней части – на мауэрлате.
6. Монтируем затяжки, которые будут соединять нижние части стропильных пар между собой. Монтировать их можно внахлест или встык.
7. Вначале, до установки всех основных элементов стропильной системы, монтаж целесообразно с помощью гвоздей. После монтажа все узлы и соединения необходимо скрепить с помощью стальных пластин и болтов – это обеспечит конструкции необходимую надежность.

Крепление стропил

Совет: перед монтажом висячих стропил из дерева не забудьте обработать все детали антисептиками, предотвращающими поражение древесины насекомыми и защищающими от гниения, и антипиренами, обеспечивающими необходимую пожаробезопасность.

Выше была описана технология монтажа основных элементов конструкции висячих стропил. При широких пролетах здания для дополнительно жесткости и надежности используют дополнительные подпорки – бабки и подкосы.
 

Наслонные стропила

 

Обычно жилые дома имеют внутренние стены, которые создают дополнительную опору для конструкции стропильной системы. В таких случаях целесообразнее применять наслонные стропила – конструкция и узлы их намного проще в исполнении и требуют намного меньше материала, что делают всю кровельную систему более легкой и экономически выгодной. Конструктивной точкой опоры в этом случае является коньковый прогон, к которому крепятся стропильные ноги, и который обеспечивает всей конструкции необходимую жесткость.

Наслонная стропильная система

Наслонная стропильная система безраспорного типа может быть смонтирована тремя разными вариантами:

1. При первом варианте верхняя часть стропильной ноги укладывается на конек и крепится так называемой скользящей опорой; ее нижняя часть крепится к мауэрлату с помощью врубки зубом, с дополнительным креплением проволокой к стене для страховки.
2. Второй вариант предполагает крепление верхней части стропил друг к другу болтами, гвоздями или металлическими пластинами; нижняя часть стропильной ноги с мауэрлатом закрепляют подвижным соединением (типа ползун).
3. Третий вариант объединяет верхнюю часть стропил с коньковым прогоном в единый коньковый узел с помощью жесткого закрепления их с помощью горизонтальных брусков и досок. Для крепления нижних частей стропильных ног при этом используется такое же плавающее соединение, как и во втором варианте.

 
Благодаря не жесткому, плавающему креплению нижних частей стропильных ног, наслонные стропила не передают распирающую, деструктивную нагрузку на стены дома, поэтому за их целостность можно быть спокойным.

Такое крепление узлов наслонных стропил и является одним из главных отличий от висячих стропил. Впрочем, в некоторых случаях, при необходимости применяется и распорная система наслонных стропил, когда нижняя их часть жестко крепится к мауэрлатам и стенам. В этом случае возникает необходимость в использовании дополнительных элементов – затяжках и подкосах, снижающих эту нагрузку. По сути, распорная система наслонных стропил является переходным (или промежуточным) вариантом между наслонными и висячими стропилами.

Крыша с висячими стропилами — что необходимо знать при строительстве

Конструирование и расчет треугольных арок с приподнятой затяжкой.

Деревянные арки широко используют в качестве основных несущих конструкций зданий различного назначения. Их применя­ют в покрытиях промышленных, сельскохозяйственных и общест­венных зданий пролетом от 12 до 70 м. В практике зарубежного строительства с успехом применяют деревянные арки пролетом до 100 м и более.

Треугольные арки имеют трехшарнирную схе­му и применяются без затяжек при высоте до 1/2пролета и с затяж­ками при высоте от 1/8до 1/6пролета в покрытиях пролетом до 24 м. Пояса таких арок имеют сечение шириной не более 17 см, что поз­воляет склеивать их из цельных по ширине досок. Затяжки этих арок состоят в большинстве случаев из арматурной или профиль­ной стали. Применение деревянных клееных затяжек позволяет повысить монтажную жесткость арок, их стойкость против корро­зии и степень их огнестойкости. При склеивании таких затяжек стыкование досок по длине позволяет исключить значительные пороки и обеспечить надежность их работы на растяжение.

Расчет.

Распор арки при воздействии на нее сплошной равномерно распределенной нагрузки интенсивностью q определяют по формуле

где – стрела подъема (высота) арки.

Сечения балок, образующих верхние пояса арок, проверяют на максимальный изгибающий момент и продольную силу, действующую в том же сечении, по формуле

где – коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы при деформации стержня, определяемый по формуле

Максимальный изгибающий момент в верхнем поясе арки под влиянием непосредственно приложенной к нему местной равномерно распределенной нагрузки равен

В случае необходимости использования габарита под аркой, затяжку (ригель) устраивают приподнятой относительно уровней пят. При этом уменьшается и, как следует из формулы , увеличивается усилие H. Также возрастает изгибающий момент в верхнем поясе, который вычисляют по формуле

где а – расстояние от оси до точки пересечения осей верхнего пояса и ригеля.

Если , то

Собственный вес несущих конструкций приближенно определяют по формуле

где – соответственно нормативные постоянная и временная нагрузки

l – пролет в м

– коэффициент собственного веса

Ориентировочно значение для треугольных арок может быть принято равным 5.

Стропильная система двухскатной крыши своими руками: обзор конструкций висячего и наслонного типа

Висячие стропила: сечение, пролет, способы монтажа

Устройство висячих стропил
Треугольная шарнирная арка
Шарнирная арка с бабкой
Конструкция с приподнятой затяжкой
Шарнирная арка с ригелем
Арка с подвеской и подкосами
Виды соединений отдельных элементов и узлов
Расчет висячей стропильной системы
Монтаж висячих стропил

Перед тем, как строить крышу дома, необходимо изучить возможные варианты стропильных систем и подобрать оптимальную схему в зависимости от индивидуальных особенностей постройки. Среди наиболее распространенных схем стропильного каркаса выделяются наслонные системы, подходящие для зданий, имеющих внутреннюю несущую стену, и висячие системы, в которых стропила могут опираться только на внешние стены кровли. В данной статье будут рассматриваться узлы и конструкция висячих стропил.

Устройство висячих стропил

Висячие стропила называются именно так неспроста – по сути, они постоянно находятся в подвешенном состоянии и не имеют под собой иной опоры, кроме внешних стен здания. Несмотря на кажущуюся ненадежность, висячие стропильные системы достаточно эффективные и способны в полной мере выполняться свои функции в пролетах длиной до 17 м.

Разумеется, сами по себе навесные стропила стоили бы немногого, но ведь они используются в связке с цельной системой, включающей в себя массу дополнительных элементов, позволяющих формировать крупные узлы вроде ферм или арок.

Примером простой фермы может выступить конструкция, состоящая из двух стропильных балок, которые соединены в верхней точке, за счет чего обеспечивается треугольная форма такой фермы. В горизонтальной плоскости устанавливается стропильная затяжка, представленная обычной деревянной балкой. Конечно, она может быть выполнена из металла, но тогда ее нужно называть тяжем.

Роль затяжной балки нельзя недооценивать – стропила, находящиеся под нагрузкой, постоянно пытаются нарушить треугольную форму фермы, а затяжка стропил предотвращает данный эффект. Кроме того, появляющаяся распирающая сила не передается стенам постройки, а приходится на саму затяжку, благодаря чему здание испытывает только усилия вертикальной направленности.

Затяжку можно устанавливать на любом вертикальном уровне, но для этого нужно точно знать, какие функции на нее возлагаются. Например, при расположении затяжки в нижней части стропил ее можно использовать еще и как балку перекрытия этажа, находящегося ниже. Если же под крышей будет располагаться жилое помещение, то затяжку стоит устанавливать выше, чтобы она мешала при обустройстве мансарды.  

При обустройстве больших пролетов узлы висячих стропил придется дополнительно усиливать. В том случае, если пролет между стенами превышает 6 м, то стропила укрепляются раскосами и подвесами, а затяжку стоит сделать из двух балок, соединенных между собой.

Устройство висячих стропил может выполняться по нескольким схемам, и их стоит рассмотреть подробнее.

Треугольная шарнирная арка

Рассматриваемый вид конструкции по праву считается одним из самых простых. Конструктивно такая схема предполагает создание простой фермы в форме треугольника, которая включает в себя две стропильных балки, направленных в сторону конька. Внизу стропила опираются на горизонтальную балку, кроме того, на нижнем уровне осуществляется крепление затяжек к стропилам. Для нормального функционирования такой конструкции высота конька должна быть больше, чем 1/6 пролета фермы.

Стропильная система двухскатной крыши своими руками: обзор конструкций висячего и наслонного типа

В такой схеме, считающейся традиционной, основная нагрузка приходится на стропила, изгибая их так, чтобы они расходились в разные стороны. Это усилие компенсируется затяжкой, которая, работая на растяжение, позволяет разгрузить стропильную систему. Затяжка в данном случае не относится к числу несущих элементов, поэтому вместо деревянной детали вполне можно использовать металлическую.

Чтобы снизить изгибающую нагрузку, которую испытывают стропильные ноги, коньковые элементы в данном случае устанавливаются с небольшим отклонением от центральной оси. Такая схема становится причиной появления дополнительного усилия с противоположно направленным вектором. Помимо снижения нагрузки на стропильный каркас, это также позволяет использовать балки меньшей толщины – а это прямой путь к оправданной экономии.

Чаще всего треугольные шарнирные арки используются для создания мансард, а находящиеся в нижней части конструкции затяжки отлично служат в качестве балок перекрытия. Все описанные дальше схемы висячих стропил представляют собой вариации описанной трехшарнирной арки, в которых дополнительные элементы всего лишь повышают жесткость стропил.

Шарнирная арка с бабкой

Данная конструкция сложнее предыдущей, зато ее вполне можно использовать для перекрытия пролетов длиной более 6 м. Основной проблемой длинных конструкций является длинная затяжка – на нее приходятся существенные нагрузки, поэтому она изгибается под собственным весом. Для компенсации этих нагрузок используется бабка – деревянный брусок, при помощи которого подвешивается затяжка. При необходимости в качестве бабки можно использовать и металлические пруты, которые имеют достаточную прочность на растяжение.

Используя такой подвес, можно устанавливать висячие стропила с затяжкой большой длины, ведь ее изгиб будет компенсирован. Основной момент при монтаже такой конструкции – бабка не должна подвергаться сжатию, то есть ее нельзя использовать как вертикальную стойку. Конечно, конструктивно стойка и подвес очень похожи, но эти элементы выполняют совершенно разную работу.

Главное отличие бабки заключается в том, что она подвешивается к карнизному узлу, а затяжка крепится к ней посредством хомутов. Для создания затяжки нужной длины используются составные элементы, которые подгоняются посредством прирубов и фиксируются болтами. Перед сборкой стоит провести расчет затяжки стропил, чтобы конструкция была оптимальной.

Такая конструкция на сегодняшний день применяется редко по причине морального устаревания. Впрочем, заложенные в ней идеи и принципы все же находят применение в других, более современных стропильных системах.

Конструкция с приподнятой затяжкой

Такая схема преимущественно используется при создании жилых помещений под кровлей. Высота расположения затяжки в данном случае определяет высоту потолка будущей мансарды. Затяжка в такой конструкции поднимается к коньковой части крыши, и чем выше она установлена, тем большие нагрузки ей приходится испытывать.

Стропильный каркас в качестве опоры использует мауэрлат, а не затяжку. Чтобы кровля могла самостоятельно изменять свои размеры в зависимости от внешних факторов, стропила крепятся подвижным образом к специальным устройствам, обеспечивающим необходимую свободу перемещения конструкции.

При воздействии на кровлю уравновешенных нагрузок конструкция будет устойчивой, но если силы, находящиеся с одной стороны, будут превалировать, то крыша будет слегка завалена. Для предотвращения такой ситуации стропила необходимо выносить за пределы стен с обеих сторон здания.

В арке с приподнятой затяжкой последняя не выполняет функции опоры. На нее оказывают влияние только растягивающие нагрузки, если под крышей обустраивается чердак, или растягивающе-изгибающие, при создании мансарды. В последнем случае затяжку можно использовать для монтажа потолков или изоляционных материалов.

Для защиты затяжки от провисаний устанавливается подвеска. Здесь тоже есть нюансы: при небольших нагрузках и небольшой длине затяжку можно попросту прибить к ригелю и коньку, а вот для длинной затяжки с большими нагрузками потребуется несколько подвесок и дополнительная фиксация хомутами.

Шарнирная арка с ригелем

Данная схема конструктивно схожа с предыдущей, но есть и одно отличие – вместо подвижных опорных элементов для шарнирной арки с ригелем используется жесткое крепление. Стропила врубаются в мауэрлат или крепятся к неподвижным опорным брусам. Благодаря изменению конструкции опоры меняются и возникающие в системе напряжения – основной нагрузкой становится распирающая, приходящаяся на мауэрлат и стены.

Затяжка фиксируется в верхней части арки, но вместо растяжения она теперь испытывает сжатие. Вместе с изменением характера нагрузок меняется и название затяжки – теперь она именуется ригелем. Такая арка с приподнятым ригелем может работать только при условии небольшой распирающей нагрузки, а при ее увеличении ригель нужно дополнительно усилить затяжкой. В результате получатся висячие стропила, аналогичные традиционной арке с тремя шарнирами, и мауэрлат в данном случае уже не понадобится.

Арка с подвеской и подкосами

Такая схема является логическим продолжением темы арок с бабками. Арка с подвеской и подкосами используется для перекрытия пролетов длиной до 14 м – в подобных конструкциях нагрузка настолько велика, что стропила прогибаются из-за собственного веса. Для компенсации этих нагрузок используются подкосы.

Как правило, подкосы упираются на внутренние стены постройки, но висячие стропила используются только при их отсутствии. Решить эту проблему помогает бабка, являющаяся единственной доступной опорой.

Собранная таким образом конструкция работает по следующему принципу:

• На стропила приходится внешняя нагрузка;
• Подкосы принимают на себя часть этой нагрузки;
• Подвеска растягивается и натягивает коньковый брус;
• Стропила захватываются за верхнюю часть и тянутся вниз, за счет чего прижимаются подкосы.

Для длинных стропильных ног, свойственных такой конструкции, используется длинная же затяжка. Лучше всего использовать брус из двух жестко соединенных балок. Затяжка крепится к бабке посредством хомута.

Виды соединений отдельных элементов и узлов

Чтобы конструкция висячих стропил получилась достаточно качественной и надежной, необходимо позаботиться о качественном соединении ее элементов, для чего могут использоваться следующие способы:

1. Стыковое соединение. Такой метод используется для соединения верхних частей стропил, то есть конькового узла. Балки стропил срезаются под углом, совмещаются и фиксируются посредством деревянных или металлических накладок.
2. Соединение внахлест. Для реализации данного способа верхние края стропильных ног схлестываются и крепятся болтом с гайкой или шпилькой.
3. Соединение врубкой. Перед соединением стропила выпиливаются на половину своей толщины. Подготовленные детали сводятся и фиксируются через высверленное сквозное отверстие болтовым соединением. Такой же метод активно используется для монтажа карнизных узлов – в нижней части стропил вырубается зуб, который подводится к опорам и крепится болтами или пластинами.
4. Скользящее соединение. Такой метод соединения нижних частей стропил используется в системах с подвижной опорой. Для соединения используются специальные металлические элементы.

Расчет висячей стропильной системы

Крыша с висячими стропилами должна рассчитываться еще на этапе проектирования – это позволяет избежать дальнейших проблем. Лучше всего будет заказать расчет у специалистов или воспользоваться готовым проектом, но при желании можно сделать всю работу самостоятельно, воспользовавшись онлайн-калькулятором или более традиционными методами проведения расчетов.

В любом случае, для расчетов потребуется знать:

• Площадь и размеры подкровельного пространства;
• Наличие мансарды;
• Ожидаемую нагрузку на кровельную систему;
• Угол наклона скатов;
• Вид стропильной системы;
• Материал изготовления стен здания;
• Материал кровельного покрытия.

Расчет висячих стропил нужен для того, чтобы определить толщину стропил, шаг их установки и форму необходимых ферм.

Монтаж висячих стропил

Когда все предварительные этапы завершены, можно приступать непосредственно к монтажу стропильной системы, который выполняется по следующему алгоритму:

• Сначала нужно разметить центр крыши и высоту конька, после чего на фронтонах выставляются две доски с отметками;
• Далее нужно сделать шаблон монтажа стропильных ног, для чего нужно взять обрезок доски и прислонить ее одним концом к мауэрлату, а другим – к отметке высоты конька, и сделать на этой доске запилы;
• При помощи шаблона изготавливаются стропильные балки в необходимом количестве;
• Подготовленные и обработанные стропила раскладываются попарно;
• Сначала монтируется первая ферма, которую после сборки нужно установить на фронтоне здания, используя для крепежа саморезы или уголки с гвоздями;
• На другой стороне здания устанавливается вторая ферма;
• Между двумя установленными арками натягивается шнурок, от которого нужно будет отталкиваться при монтаже остальных ферм;
• Все остальные фермы устанавливаются последовательно, с соблюдением рассчитанного шага и уровня.

Завершив установку висячей стропильной системы, можно приступать к следующим этапам монтажа кровли.

Заключение

Деревянные висячие стропила достаточно удобны и подходят для решения множества задач. Монтаж висячей системы достаточно прост – необходимо лишь грамотно спланировать будущую конструкцию и тщательно провести каждый этап ее сборки. 

Как рассчитать висячие стропила — Доктор Лом. Первая помощь при ремонте

Самый простой способ решения данной проблемы — воспользоваться одним из калькуляторов для расчета крыши, благо в сети их не мало.

С одной стороны очень удобно, при пользовании некоторыми из них даже не обязательно знать нагрузку на стропила, достаточно указать используемые материалы и свой снеговой и ветровой район или просто область предполагаемого строительства, все остальное, включая возможные варианты сечений стропил и объем лесоматериала, калькулятор посчитает сам. Вот только из описаний к калькулятору далеко не всегда понятно к какой именно стропильной системе этот расчет относится, а потому результат остается под вопросом.

Другие калькуляторы требуют знания расчетной нагрузки, а кроме того сечения стропил, которое вроде бы и должно определяться расчетом, и на выходе у них данных меньше.

Вот только ни один из известных мне калькуляторов не показывает алгоритм расчета. Поэтому полученные результаты — сомнительны. Вот например, достаточно неплохой на первый взгляд калькулятор, в том смысле, что правильно определяет горизонтальные и вертикальные опорные реакции. Тут на него можно положиться, я его проверил, воспользовавшись исходными данными из статьи «Расчет стропил — треугольной арки с затяжкой».

А вот с определением нормальных напряжений в поперечном сечении стропил и с определением прогиба в указанном калькуляторе проблема. Например, при указанных исходных данных нормальные напряжения, определяемые калькулятором, завышены чуть ли не в 2 раза. Тем не менее калькулятор на это никак не реагирует и даже показывает, что есть запас по нормальным напряжениям в процентах, хотя по логике должен показывать, что сечение стропил следует увеличить. Величина прогиба тоже оказалась завышена в 1.5 раза, но это не так сильно влияет на расчеты.

В результате калькулятор выдает запас при любом вводимом сечении стропила, а если вам все-таки удастся разобраться и подставить такое сечение стропил, чтобы нормальные напряжения были все-таки меньше расчетного сопротивления, то в итоге вы получите чуть ли не двукратный запас прочности. Другими словами, вам потребуется лесоматериала почти в 2 раза больше. Такова цена использования бесплатного калькулятора.

А кроме того ни один из известных мне калькуляторов не рассчитывает количество нагелей, необходимых для крепления затяжки и возможного крепления стропил в стреле арки.

Это все я к тому, что неспециалисту лучше не пользоваться чужими непроверенными калькуляторами.

Более того, даже если бы у меня хватило знаний, времени и денег для создания собственного калькулятора (а ничего из вышеперечисленного у меня пока в достоточном количестве нет), то пользоваться им я бы все равно не рекомендовал. Он для вас будет таким же не проверенным, как и все остальные, а проверить его можно только понимая методику расчета.

Если же вы все равно не хотите вникать в теоретические предпосылки подобного расчета, а пользоваться калькуляторами теперь остерегаетесь, то в этом случае я могу предложить несколько другой метод расчета, который можно назвать

метод поправочных коэффициентов

Суть метода чрезвычайно проста: если известен конечный результат при одном из возможных сочетаний исходных данных, то нет необходимости производить расчеты с самого начала. Достаточно умножить конечный результат на один или несколько поправочных коэффициентов, учитывающих отклонение тех или иных исходных данных.

Вот только пользоваться этим методом имеет смысл лишь тогда, когда у вас отклонения от исходных данных по 1-2, максимум 3 показателям. В противном случае проще вести расчет с чистого листа, особенно если у вас значительно меняется угол уклона кровли.

Посмотрим, как можно сделать такой расчет на следующем примере.

Исходные данные:

1. Расстояние между мауэрлатами (пролет арки) l = 6 м

2. Шаг стропил sh = 1 м.

3. Уклон кровли a = 30°.

4. Двухэтажный дом, высота стен h₁ = 6 м

5. Район строительства — московская область. Снеговая нагрузка q_s,исх = 180 кг/м².

6. Ветровая нагрузка при данной геометрии кровли при расчетах не учитывается.

Результат расчетов по исходным данным:

1. Максимальный изгибающий момент (посредине стропильной ноги) М_нач = 36686.2 кгс·см.

2. Нормальная сила в затяжке N^з_нач = 692.927 кг

3. Количество гвоздей для крепления затяжки (с каждой стороны) — 8 шт.

4. Сечение затяжки — F_нач = 10х5 = 50 см (исходя из требований по максимально допустимой гибкости)

5. Нормальная сила в наклонном стержне N^с_нач = N^з_нач/cosa = 692.927/0.866 = 800.15 кг.

6. Момент сопротивления W_нач = 333.3 см³. Сечение стропил 20х5 см.

7. Коэффициент продольного изгиба стопил φ = 0.65 

8. Количество гвоздей диаметром 0.5 см для крепления стропил в стреле арки — 9-10 шт.

9. Площадь опорной площадки стропила на мауэрлат — F = 30 см².

10. Максимальный прогиб f_нач = 1.03 см

Нужно рассчитать стропила, если

1. Расстояние между мауэрлатами (пролет арки) l = 8 м.

2. Шаг стропил sh = 0.8 м.

3. Уклон кровли a = 45°.

4. Одноэтажный дом, высота стен h₁ = 3 м.

5. Район строительства — Новосибирск. Снеговая нагрузка qs = 240 кг/м².

6. Ветровое давление = 38 кг/м².

Определение поправочных коэффициентов

Рассматривать коэффициенты мы будем в зависимости от степени их влияния на расчеты и возможной вероятности отклонений от исходных данных.

1. Если изменяется длина пролета — поправочный коэффициент k₁.

Длина пролета влияет на значение изгибающего момента и на все остальные данные. При длине пролета 8 м, а не 6 м значение этого коэффициента составит:

k₁ = (l/l_исх) = 8/6 = 1.333 (469.1.1)

Таким образом, если остальные данные совпадают с исходными, то максимальный момент составит:

М = М_начk₁² = 36686.2·1.333² = 65219.9 кгс·см (469.1.2)

Нормальная сила

N = N_начk₁ = 800.15·1.333 = 1066.87 кг (469.1.3)

Соответственно и все другие данные (количество гвоздей, растягивающая сила в затяжке и т.п) умножаются на коэффициент k₁.

Как видим, даже при относительно небольшом увеличении пролета изгибающий момент увеличился почти в 2 раза, а потому при всех прочих исходных условиях для стропил потребуется брус сечением минимум 20х10 см. Да и для затяжки потребуется как минимум 2 поперечные горизонтальные связи, чтобы соблюсти условие по максимально допустимой гибкости.

И еще, при увеличении длины пролета увеличится гибкость стропил и это уже никакими поправочными коэффициентами не учтешь, тут поможет график 250.2. Впрочем, влияние нормальной силы на общую несущую способность стропила относительно небольшое и для упрощения расчетов значение коэффициента продольного изгиба φ можно разделить на k₁.

Проверяем. Если мы просто делим, то φ = 0.65/1.333 = 0.487. По графику φ = 0.48. В итоге

σ_(N+M) = 1066.87/(0.487·200) + 65219.9/666.7 = 10.95 + 97.82 = 108.8 кг/см² < R_и =140 кг/см² (214.3.1)

2. Если изменяется шаг стропил — поправочный коэффициент k₂.

Так как стропила далеко не всегда делаются с шагом 1 м, а чаще с меньшим, то соответственно при меньшем шаге стропил и остальных таких же исходных данных уменьшится значение расчетной нагрузки. Учесть это можно поправочным коэффициентом k₂. Это самый простой и удобный в работе коэффициент. Так как в исходных данных шаг стропил принят 1 м, то значение коэффициента — это и есть шаг стропил в метрах. А кроме того все исходные данные при изменении шага стропил просто умножаются на k₂.

k₂ = sh (469.2.1)

В данном случае при шаге стропил 0.8 м k₂ = 0.8. Соответственно все исходные данные увеличатся в 0.8 раз, т.е. уменьшатся.

3. Если изменяется снеговая нагрузка — поправочный коэффициент k₃.

Если не учитывать, что кроме снеговой нагрузки на стропильную систему действует собственный вес, то для определения этого коэффициента достаточно разделить снеговую нагрузку на исходную:

k₃ = q_s/q_sисх = 240/180 = 1.333 (469.3.1)

Если все остальные данные совпадают с исходными, то для получения нужного результата все эти данные нужно умножить на k₃.

4. Другой уклон кровли, влияющий на значение снеговой нагрузки — поправочный коэффициент k₄.

При углах наклона кровли больше 25° снеговая нагрузка уменьшается. При этом значение коэффициентов μ определяется интерполяцией по рисунку 227.4. В данном случае при уклоне кровли 45° значение коэффициентов составит:

μ_лев = 15(1.25 — 0)/30 = 1.25/2 = 0.625 (469.4.1)

μ_пр = 15(0.75 — 0)/30 = 0.75/2 = 0.375 (469.4.2)

Т.е. снеговая нагрузка при таком уклоне кровли уменьшится в 2 раза, соответственно k₄ = 0.5.

Как и при использовании коэффициентов k₂ и k₃ все исходные данные просто умножаются на k₄.

5. Другой уклон кровли, влияющий на значение нормальных сил — поправочный коэффициент k₅.

При изменении угла наклона кровли изменяются нормальные силы, действующие на затяжку и на наклонные стержни. Чем больше уклон кровли, тем меньше эти силы в затяжке и в наклонных стержнях. На значение изгибающего момента изменение угла наклона кровли не влияет, ведь мы рассматриваем горизонтальную проекцию наклонного стержня.

Значение коэффициента в данном случае — это отношение исходной стрелы арки (при угле 30°) к стреле арки при уклоне кровли 45° и всех прочих одинаковых данных. Так как стрела арки это длина горизонтальной проекции наклонного стержня, умноженная на tga, то значение коэффициента составит:

k₅ = tg30°/tg45° = 0.577/1 = 0.577 (469.5.1)

Таким образом при изменении уклона кровли для определения нормальной силы, действующей на затяжку, исходные умножаются на коэффициент k₅.

Чтобы определить значение нормальной силы, действующей в поперечных сечениях наклонных стержней — стропил, полученный результат нужно дополнительно разделить на косинус угла наклона кровли.

N^c = N^з/cosa (469.5.2)

6. Другой уклон кровли, приводящий к появлению положительной ветровой нагрузки — поправочный коэффициент k₆.

При достаточно больших уклонах кровли ветровая нагрузка может создавать дополнительное давление на кровлю. В данном случае, при уклоне кровли 45°, расстоянии между стенами 8 м и высоте стен дома 3 м соотношение h2/l = 3/8 = 0.375. Тогда согласно рисунку 227.5 значение одного из аэродинамических коэффициентов, определенное методом интерполяции, составит:

с_e1 = 0.375(5(0.8 — 0.4)/20 + 0.4) — 5(0.8 — 0.3)/20 + 0.3)/0.5 + 5(0.8 — 0.3)/20 = 0.375(0.5 — 0.425)/0.5 + 0.425= 0.44375

Примечание: для упрощения расчетов можно не возиться с интерполяцией, а просто принять большее значение, в данном случае с_е1 = 0.5

Значение аэродинамического коэффициента с_е2 зависит только от уклона кровли и в данном случае составляет с_е2 = — 0.4. Это в свою очередь означает, что для точных расчетов пользоваться исходными данными нельзя. Ну а для приближенного расчета (с некоторым дополнительным запасом прочности можно учесть увеличение нагрузки для обеих стропил.

Чтобы определить ветровую нагрузку, нужно умножить значение ветрового давления на аэродинамический коэффициент се и на коэффициент учитывающий характер местности k. При высоте здания меньше 5 метров даже на открытой местности k = 0.75. Таким образом расчетная ветровая нагрузка составит:

q_в = W_okc_ek₂ = 38·0.75·0.5·0.8 = 11.4 кг/м

Как видим, значение ветровой нагрузки может поменять значение общей расчетной нагрузки всего лишь на несколько процентов и потому подобным влиянием ветровой нагрузки для упрощения расчетов можно пренебречь с учетом того, что мы использовали достаточно большие коэффициенты надежности по нагрузке и с учетом того, что в итоге нагрузка на противоположное стропило будет меньше. Тем не менее определим и этот последний коэффициент:

k₆ = (q_исхk₂k₃k₄ + q_в)/q_исхk₂k₃k₄ = (326.1·0.8·1.333·0.5 + 11.4)/173.485 = 1.066 (469.6.1)

Окончательный результат расчетов будет выглядеть так:

1. Максимальный изгибающий момент (посредине стропильной ноги):

М = М_начk₁²k₂k₃k₄k₆ = 65219.9·0.8·1.333·0.5·1.066 = 37070.4 кгс·см

2. Нормальная сила в затяжке:

N^з = N^з_начk₁k₂k₃k₄k₅k₆ = 692.927·1.333·0.8·1.333·0.5·0.577·1.066 = 692.927·0.437 = 303.08 кг.

3. Количество гвоздей диаметром 0.5 см для крепления затяжки:

8·0.437 = 3.5 т.е необходимо 4 гвоздя.

4. Сечение затяжки оставляем таким же из конструктивных соображений 10х5 см, но предусматриваем две горизонтальные связи для соблюдения условий по максимально допустимой гибкости.

5. Нормальная сила в стропилах:

N^с = N^зат/cosa = 303.08/0.707 = 428.7 кг

Требуемый момент сопротивления просто так определить из формулы (214.3.1) не получится. Впрочем нам идеальная точность и не нужна, шаг размеров лесоматериала достаточно большой. Поэтому предварительно определим требуемый момент сопротивления, принимая в расчет только изгибающий момент

6. Требуемый момент сопротивления

W_тр = M/R = 37070.4/140 =  264.8 см³.

Таким образом исходное сечение стропил 20х5 см является достаточным. Проверяем:

σ_(N+M) = 428.7/(0.487·100) + 37070.4/333.3 = 8.8 + 111.21 = 120 кг/см² < R_и =140 кг/см² (214.3.1)

7. Коэффициент продольного изгиба (мы уже вычислили при определении коэффициента k₁)  φ = 0.487 

8. Количество гвоздей диаметром 0.5 см для крепления стропил в стреле арки:

3.5/cosa = 3.5/0.707 = 4.95 точнее 5 гвоздей

9. Площадь опорной площадки стропила на мауэрлат:

F = 30·0.437/0.577 = 22.72 см²

где 0.437 — это произведение всех коэффициентов, определенное нами ранее, а 0.577 — значение коэффициента k₅, который в данном случае не учитывается.

Соответственно при ширине стропила 5 см длина опорной площадки должна составлять не менее 22.72/5 = 4.6 см.

10. Максимальный прогиб:

f = f_начk₁⁴k₂k₃k₄k₆ = 1.03·1.333⁴·0.8·1.333·0.5·1.066 = 1.85 см

Вот собственно и весь расчет. Как видим, если ни одно из условий не совпадает с исходными, то расчет получается достаточно громоздким и запутанным. Причем больше всего путаницы добавляет изменение уклона кровли. Но тут я уже ничего поделать не могу.

Висячие стропила: система, конструкция, монтаж, расчет

Крыша дома – это сложная конструкция. В ее состав входит кровельный материал, гидроизоляция, утеплитель, обрешетка и многое другое. Но самой важной частью по праву называют стропильную систему. Именно эта конструкция берет на себя все нагрузки. В строительстве крыши можно использовать наслонные и висячие стропила. Первый вариант применяется при возведении домов с дополнительной несущей стеной посередине. Висячие стропила можно применять при возведении небольших домов. И именно о них и пойдет речь в данной статье.

Особенности конструкции

Как уже отмечалось, стропильная система – это главная несущая часть всей крыши. И от того как правильно и надежно она будет возведена зависит срок службы всего дома. Чтобы сделать все без ошибок, нужно вначале разобраться с особенностями каждого типа подобных конструкций. Всего в строительстве используют три основные разновидности стропильной системы:

• висячая;
• наслонная;
• комбинированная.

Висячая стропильная система считается самой распространенной. Самая главная причина такой популярности – это простота возведения. Монтаж подобной конструкции потребует меньше времени и затрат материала. А в чем особенности подобной стропильной системы?

Если дом имеет осевую несущую стену, то здесь применяют наслонные стропила. Их нижняя часть упирается в мауэрлат, а верхняя закреплена на коньковом прогоне. Такая конструкция считается достаточно прочной. Здесь основная нагрузка передается от стропил к коньковому прогону, а далее на несущую стену.

А как быть, если дом небольшой? Если в строении не предусмотрена несущая стена посередине, то применяются висячие стропила. В этом случае основная нагрузка идет на мауэрлат. Нижний конец стропил в такой системе опирается на несущие стены по периметру дома. Верхний конец просто закрепляется между собой.

Основные компоненты

Конструкция висячих стропил напоминает равнобедренный треугольник. Его основание равно ширине дома. В такую стропильную систему крыши входят следующие основные элементы:

• мауэрлат – основание крыши. Этот элемент используется как в висячих, так и в наслонных конструкциях. Мауэрлат представляет собой мощный деревянный брус, уложенный на верхней части стен по всему периметру. Этот элемент необходим для того, чтобы нагрузка от висячей стропильной системы равномерно передавалось на фундамент;
• ноги стропил – это основной элемент конструкции. Их устанавливают попарно. Одна стропила с одной стороны дома, другая с противоположной;
• затяжка. Этот элемент крепится к нижнему краю каждой стропильной пары. Именно затяжка является нижней гранью равнобедренного треугольника висячей стропильной системы.

Это основные элементы конструкции. Любая крыша с висячими стропилами без них не обходится. Кроме этого, в зависимости от конструкции, могут использоваться и другие элементы. Например, для усиления крепления пар стропил друг к другу и для снятия нагрузки на растяжку используется ригель. Этот элемент представляет собой небольшой деревянный брус или доску. Ригель устанавливается в верхней части треугольника висячих стропил и представляет собой разновидность приподнятой затяжки.

Также система может быть оснащена «бабкой». Этот элемент крепится верхней частью к коньку, а нижней к затяжке. Бабка нужна для того, чтобы предотвращать распирание несущих наружных стен от нагрузок, которые им передают пары стропил. Элемент применяется в тех случаях, когда скаты имеют большую длину.

Часто конструкцию крыши с висячими стропилами дополнительно укрепляют подкосами. Эти элементы представляют собой подпорки расположенные горизонтально. Их главная цель – это поддерживать висячие стропила в верхней и средней их части. Подкосы служат для того, чтобы избежать прогибов. Их часто используют в тех случаях, когда стропила имеют большую длину.

Делаем расчет

Перед тем как приступить к монтажу висячих стропил, необходимо выяснить все параметры стропильной системы. Для этого предварительно следует уточнить следующие сведения:

1. Какой угол наклона будет иметь скат. Это зависит не только от того, какой внешний вид крыши вы желаете получить. Вне зависимости от того, наслонные или висячие стропила вы будете использовать, угол наклона ската нужно выбирать в зависимости от природных условий в вашем регионе. Если снега зимой выпадает много, то крыша должна быть более крутой. Но в этом случае возрастает ветровая нагрузка. Поэтому делая расчет системы стропил, следует выбирать «золотую середину».
2. Какие нагрузки должна выдерживать крыша. Здесь учитываются и переменные и постоянные. К первым относятся нагрузки на стропила от осадков и ветра. К постоянным причисляют вес кровельного материала и всего оборудования размещенного на крыше.
3. Будет ли жилая комната на чердаке. На крыше с висячими стропилами легко можно оборудовать мансардный этаж. Если это входит в ваши планы, то высота конька должна быть достаточно большой.

После выяснения всех необходимых сведений делается расчет всех элементов стропильной системы висячего типа. Тут нужно учитывать все факторы и желательно делать запас по прочности. Главным образом нужно высчитать длину и сечение стропил, ведь именно они являются основой всей конструкции.

Чаще всего для этих элементов выбирается деревянный брус. Сама стропила должна быть с сечением не мене 50 на 150 миллиметров. В некоторых случаях можно использовать и доски. Такие стропила висячие применяются для небольших домов. На сечение всех элементов также влияет шаг. Чем больше расстояние между стропилами, тем толще они должны быть. В противном случае под тяжестью кровельного материала и обрешетки они начнут прогибаться и быстро выйдут из строя. Как правило, расстояние между висячими стропилами выбирается не более 60-70 сантиметров.

Монтаж стропильной конструкции висячего типа

Теперь стоит поговорить о том, как производится сам монтаж висячих стропил. Прежде всего, нужно проделать некоторые подготовительные работы. Древесина – это довольно  «капризный» материал. Он подвержен гниению и легко воспламеняется. Чтобы снизить эти недостатки, вся поверхность висячих стропил, а также другие деревянные элементы конструкции крыши обрабатываются специальными пропитками.

Следующим этапом подготовки будет создание подмостков. Стропила висячие как и наслонные монтируются на достаточно большой высоте. Чтобы снизить опасность получения травм желательно соорудить небольшие подмостки. Кроме этого, чтобы не повредить перекрытие на балки укладывают доски, по которым вы и будете передвигаться.

Сам монтаж лучше осуществлять бригадой, состоящей не менее чем из четырех человек. Если говорить об инструментах, то для установки всех элементов стропильной системы висячего типа вам понадобятся обычный набор плотника. Кроме этого, нужно запастись прочной и длинной веревкой. С ее помощью можно будет затащить висячие стропила на крышу.

Сам монтаж конструкции осуществляется в следующей последовательности:

1. Вначале укладывают мауэрлат. Его монтаж осуществляется с помощью анкеров, который первоначально должны быть встроены в несущие стены. Мауэрлат монтируется с точно выверенной горизонтальностью. Затем на его поверхности делаются пометки мест установки висячих стропил. Не забудьте между мауэрлатом и стеной уложить слой гидроизоляции.
2. Далее проводим сборку стропильных пар. Предварительно следует подготовить шаблоны для срезов. Дело в том, что на нижнем конце стропил необходимо сделать «пяточки», которыми они будут упираться в мауэрлат. Так как все поверхности выверены по горизонтальности и угол уклона ската известен, такие срезы удобней делать при помощи шаблона. Верхний конец висячих стропил будут соединяться между собой. Такой узел можно сделать разными способами. Самый простой способ – это сделать наклонный срез каждой из стропил. При этом они должны стыковаться между собой под нужным углом. Дополнительно стыки висячих стропил укрепляют металлическими уголками. Все работы лучше выполнять на самой крыше, используя перекрытия как стол для монтажа.
3. В нижней части стропильной пары закрепляют стяжку. Часто в качестве последней используют несколько досок с достаточным совокупным сечением. Такая конструкция стропильной пары будет более прочной. Крепление затяжки к самим висячим стропилам осуществляют при помощи гвоздей или крепкой пары винта-гайки.
4. Следующий этап монтажа – это установка всех элементов конструкции на свое место. Для этого к верхней части стропильной пары привязывают веревку. Далее начинаем поднимать всю конструкцию. Один человек держась за веревку, страхует треугольник висячих стропил от падения. Остальные, поднимая конструкцию, устанавливают ее на строго отведенное для этого место.
5. После того, как пара висячих стропил установлена на свое место, ее закрепляют при помощи временных подкосов. Далее проводится сборка и монтаж остальных стропильных треугольников.

После того, как все пары висячих стропил установлены на свое место и выверены все расстояние, можно производить крепление стропил к мауэрлату. После этого можно монтировать остальные элементы стропильной системы, крепить обрешетку и укладывать кровельный «пирог».

Видео по теме:

Посмотрите еще статьи:

Висячие стропильные системы: расчет, особенности строения

При строительстве кровли в сооружениях, в которых отсутствуют внутренние стены, как правило, применяются висячие стропильные системы. О том, как произвести расчет для правильного дальнейшего устройства крыши данного вида, рассмотрим в данном материале.

Расчеты стропильной системы висячего типа ↑

Обустройство крыши – достаточно сложная работа. Необходимо предварительно учесть все параметры висячей стропильной системы таким образом, чтобы в будущем кровля могла успешно противостоять всем внешним нагрузкам, которые на нее будет оказывать дождь, снег, порывы ветра. Кроме того, крыша должна выдерживать вес человека, который в случае ее ремонта или чистки будет находиться непосредственно на ее поверхности.

Сделать грамотный проект деревянной конструкции довольно сложно, т. к. во время его составления необходимо учесть и состыковать между собой множество важных нюансов, присущих выполнению работ подобного рода. В проекте обязательно следует учитывать воздействие потенциальной нагрузки на висячие стропила, рассчитать подходящую площадь их сечения, установить необходимую величину их шага и так далее.

Надо точно знать ответы на приведенные ниже вопросы:

• какой тип конструкции будет использован в данном случае;
• каким должен быть угол наклона скатов крыши;
• материал для покрытия кровли.

К расчету можно приступать только после того, как по всем вышеперечисленным пунктам было принято окончательное решение. Обязательно принимать во внимание местные климатические условия.

Если итоговые параметры имеют неточности или произошла недооценка внешних нагрузок, то вся конструкция может быть подвержена сильной деформации, возможно частичное обрушение строительного материала, применяемого для кровли. В самом худшем случае может произойти обрушение всей крыши, а это непосредственная угроза человеческим жизням.

Особенности строения ↑

Наиболее востребованной сегодня является крыша двухскатного типа, потому висячая стропильная система для нее – самая распространенная конструкция.

Специфика подобных типов в том, что в качестве упора для них используют стены сооружения или опорный деревянный брус, тогда как промежуточного типа опоры не применяются. Еще одним отличительным признаком является наличие существенного горизонтального распирающего усилия, равномерно распределенного на всю площадь стен строения. При необходимости его можно снизить, установив у основания стропил металлическую или деревянную затяжку, которая будет соединять их ноги, являясь одновременно балкой чердачного перекрытия. В качестве опоры может выступать и центральный брус (мауэрлат), который надежно закреплен железобетонным поясом, защищающем его от возможности смещения. Сверху деревянные стропила должны быть прочно соединены между собой вполдерева или встык.

Висячие каркасы способны перекрывать длинные пролеты (до девяти метров), при этом рекомендуемая величина уклона кровли может колебаться в диапазоне от 25⁰ до 45⁰. Если длина пролетов превышает девять метров – устройство конструкции крыши заметно усложняется, т. к. приходится монтировать фермы и прочие сложные конструкции.

висячие стропила на фото

 

Плюсы заключаются в следующих характеристиках:

• конструкция имеет высокую степень жесткости;
• монтажные работы выполняются достаточно быстро и просто;
• отсутствуют какие-либо тяжелые по строению узлы, служащие для сопряжения всех стропил и прочих элементов, что значительно повышает общий процент надежности.

Описываемый в статье вид стропильных конструкций лучше всего применять при обустройстве кровли в жилых домах, имеющих двухскатную крышу, и при строительстве крыши в одноэтажных и двух- трех этажных нежилых зданиях, в которых предусмотрена свободная планировка верхних этажей без использования внутренних несущих стен.

Совет

Процент прочности и устойчивости напрямую зависит от правильно составленного расчетного проекта и от качественного монтажа, произведенного строго по технологии с соблюдением всех норм и нюансов, предусмотренных для такого вида работ.

© 2020 stylekrov.ru

Правильный расчет стропильной системы крыши на KALK.PRO

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

где Ms — снеговая нагрузка,

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.

Для более надежных результатов советуем умножить на коэффициент запаса прочности по ветровой нагрузке = 1,2.

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:

Шифер	10 — 15 кг/м²
Ондулин	4 — 6 кг/м²
Керамическая черепица	35 — 50кг/м²
Цементно-песчаная черепица	40 — 50 кг/м²
Битумная черепица	8 — 12 кг/м²
Металлочерепица	4 — 5 кг/м²
Профнастил	4 — 5 кг/м²
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.

• Какая распределенная нагрузка 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.

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.

 Если хотите все посчитать самостоятельно, выберите ширину сечения в соответствии с таблицей:

 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:

1 сорт	140 кг/см²
2 сорт	130 кг/см²
3 сорт	85 кг/см²

 

Расчетные данные сопротивления древесины хвойных пород 

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 xNx(Lm)³ / (BxH³) ≤ 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»

 Полезные ссылки для автоматизированных расчетов: