Особенности расчета стропильной системы

Создание проекта и расчёт стропильной конструкции – задача далеко не из простых. Человек без минимального опыта и знаний вряд ли самостоятельно справится с данным вопросом. В первую очередь вся сложность расчётов заключена в большом количестве определённых факторов, влияющих на конструкцию крыши – это и нагрузка от снега и ветра, и общий вес кровли, и многое другое.

Поэтому если человек неуверен в своих возможностях, то целесообразно обратиться к специалистам либо воспользоваться компьютерными программами, облегчающими процедуру расчётов. Ведь ни для кого не секрет что от правильного сооружения крыши, будет зависеть дальнейший комфорт всех обитателей дома.

Чаще всего стропильная система сооружается при возведении частных домов. Основой большинства таких конструкций для кровли, является система из деревянных балок по форме повторяющая треугольник.

Именно такая форма крыши считается максимально жёсткой и прочной, а полученное пространство между кровлей и потолком образует чердачное помещение, которое очень часто используется как мансарда или склад для старых вещей. Также изменив форму стропильной системы вместо чердака можно получить ещё одно помещение, используемое как кабинет или дополнительная жилая комната.

Факторы, которые нужно учесть при расчёте

Прежде чем непосредственно перейти к расчётам стропильной конструкции, необходимо определить какие нагрузки и с какой интенсивностью будут действовать на неё, в зависимости от климатических особенностей региона и времени года в месте возведения дома. При этом основные природные факторы, воздействующие на кровлю можно классифицировать по следующим параметрам:

Постоянная нагрузка на стропила.

К данной категории можно отнести все внешние воздействия на стропила, имеющие постоянную величину – это масса кровли, гидроизоляции, обрешётки, утеплителя и прочих конструктивных систем в зависимости от того какой вид крыши использовался, односкатный или двускатный, то есть все элементы, создающие постоянную нагрузку с фиксированной массой.Нагрузки с переменной величиной воздействия на стропила. К данному виду можно зачислить внешние факторы, обусловленные климатическими особенностями: дождь, гололёд, снегопад, интенсивность и порывы ветра и много другого.Специфические нагрузки – погодные и природные факторы с максимальной интенсивностью. Этот параметр особо актуален в местах с высокой сейсмической активностью, сильными штормовыми ветрами, смерчами и ураганами.

Сложность проведения расчётов стропильной системы состоит в том, что большинству новичков строительного дела очень сложно не упустить один из множества вышеперечисленных типов нагрузок, одновременно воздействующихна кровлю здания. Это ещё обусловлено и тем, что при расчётах нужно принимать во внимание прочность и массу самих стропильных ног и метод их монтажа и крепления между собой. Хотя данные параметры и являются второстепенными, но не менее важными и упустить их при расчёте будет непростительно.

Поэтому в помощь строителям-новичкам были разработаны специальные программы облегчающий процесс учёта и расчёта конструкции стропил, хотя можно воспользоваться и стандартными формулами, все зависит от предпочтений человека проводящего ремонтные работы. При этом очень часто именно ручной расчёт и анализ помогает разобраться во всех особенностях конструкции стропил.

Как рассчитывается постоянная нагрузка на стропильную систему?

Чтобы правильно определить длину бруса для стропил и данных, на которых в дальнейшем будут строиться основные расчёты в первую очередь нужно вычислить общую массу кровельного «пирога».

Для получения окончательных результатов, необходимо рассчитать массу одного квадратного метра отдельно взятого слоя крыши. При этом нужно ориентироваться на то, что среднестатистическая кровля состоит из следующих конструктивных элементов:

    Обрешётка, которая состоит из небольших деревянных брусков либо досок, толщиной 25 мм. При этом средний вес метра квадратного стандартной обрешётки колеблется в пределах 15 кг.Слой теплоизоляционного материала.Гидроизоляция крыши.Материал, используемый в качестве основного кровельного покрытия.

При расчёте общей массы постоянной нагрузки, итоговый результат, по советам профессиональных строителей необходимо увеличить на 10%, что даст возможность сделать необходимый запас прочности будущей стропильной системы.

Также по рекомендациям профессионалов материал кровельного «пирога» должен выбираться таким образом, чтобы общие показатели нагрузки в конечном итоге были не больше 50 кг на метр квадратный крыши. Многие считают такую нагрузку слишком завышенной, но следует понимать, что дополнительный запас прочности лишним не бывает. Завершив расчёты общей массы кровли, переходят к расчёту нагрузки от природных факторов.

Расчёт снеговых нагрузок на стропильную систему

Параметр нагрузки от снега является достаточно актуальным для наших климатических условий, так как большинство регионов имеют длительный зимний период с постоянными осадками. Чтобы кровля не деформировалась, а что ещё хуже проломилась под весом снегового слоя, необходимо ещё на стадии планировки заложить в конструкцию стропил, дополнительную прочность.

Чтобы расчёты были не такими сложными специалистами была выведена обобщённая формула, которая основана на подстановке коэффициентов из СНиП. На практике данная формула выглядит следующим образом: F = P × k, где под F подразумевается общая нагрузка от снеговых осадков, P – это масса снежного слоя на метр квадратный кровли, k – коэффициент корректировки, который основан на специфических факторах и конструктивных особенностях крыши.

Масса метра квадратного слоя снега зависит от места расположения возведённого строения.

Все регионы нашего государства в зависимости от интенсивности снеговых осадков, подразделяются на определённые зоны имеющие свои средние показатели. При этом в СНиПе приведены корректирующие коэффициенты для каждой отдельно взятой конструкции крыши. Также хочется отметить, что данный коэффициент напрямую зависит от уклона ската кровли:

    когда уклон кровли составляет более 60°, то корректирующий коэффициент не используется, так при таком наклоне снег просто не задерживается на крыше;если коэффициент угла наклона крыши колеблется в пределах, от 25 до 60° данный коэффициент составляет 0,7;кровля с минимальным практически пологим скатом, имеет максимальный корректировочный коэффициент равный 1.

Не стоит забывать и о том, что нагрузка от снежного покрова на стропила, может быть не совсем равномерной, так как максимальное количествоснега скапливается в местах изломов кровельной конструкции и других конструктивных элементах крыши. Стропильные ноги в таких местах должны иметь минимальный шаг друг относительно друга – самым эффективным вариантом считается использование спаренного элемента. Помимо этого, формируя кровельный «пирог», в потенциально проблемных зонах обустраивается двойная гидроизоляция и сплошная обрешётка.

Расчёт ветровой нагрузки на стропильную систему

Данному виду нагрузок свойственен высокий уровень критичности, так как вне зависимости от угла ската кровли, она подвержена рискам от воздействия резких порывов ветра. При минимальном коэффициенте угла наклона возможен срыв крышииз-за воздействия аэродинамических сил. А при сильном уклоне кровли происходит максимальное давление потоков воздуха по всей площади конструкции крыши.

Для расчёта ветровой нагрузки на стропила также была разработана формула с учётом поправочного коэффициента, которая на практике выглядит следующим образом: V = R × k, при этом V – непосредственное значение нагрузки от ветра, R – показатель, отвечающий за регион, где располагается строение, k – коэффициент коррекции, как и в случае со снеговыми нагрузками.

Под региональными параметрами подразумеваются данные приведённые в СНиПе, а под поправочным коэффициентом показатели, учитывающие высоту здания и особенности местности, в которой расположено строение. При этом сама величина коэффициента зависит от следующих факторов:

    для строений, высота которых составляет 20 м, а само здание расположено на открытой местности, коэффициент поправки приравнивается к 1,25, если на территории расположены искусственные или естественные препятствия (другие постройки или полоса деревьев), то значение снижается до 0,85;для построек с 10 м высотой используют поправку от 0,65 до 1;в свою очередь, корректировочный коэффициент от 0,75 до 0,85 применяется в процессе расчёта нагрузок на дома менее 5 м высоты.

Расчёт конструкции фермы и параметров стропильных ног

Чтобы разобраться, что представляет собой расчёт конструкции фермы, нужно учесть тот факт, что в действительности стропильная система — это набор треугольников из деревянных балок, поэтому с определением длины стропилпроблем возникнуть не должно, так как все математические действия проводятся на уровне школьной геометрии.

Однако для правильного расчёта стропильной конструкции важно учесть все нагрузочные показатели, а также величину пролётов, конфигурацию обрешётки и особенность типа самой кровли. Чтобы избавить себя от дополнительных ошибок и просчётов целесообразно воспользоваться специальными программами, которые можно найти в интернете.

Чтобы выполнить расчёт стропил необходимо использовать специальные таблицыстандартов. Хочется отметить, что существуют уже готовые стропильные ноги, которые можно приобрести в специализированных строительных магазинах или на рынках. При этом длина стропильных ног будет зависеть от конструктивных особенностей строения, а подбор сечения стропил зависит от следующих параметров:

    длина стропильных ног;шаг, с которым будут монтироваться стропила;величина известных нагрузок.

Важно учитывать, что параметры, приводимые в рекомендациях, не являются абсолютными и могут изменятьсяв зависимости от региональных особенностей месторасположения помещения. А для правильного выполнения расчета стропильной ноги, используется Теорема Пифагора. При этом под катетами будет подразумеваться разница в высоте между стенами здания и его шириной, а гипотенуза и будет соответствовать длине стропила.

Программы, облегчающие расчёт

Расчёт стропил любого строения нельзя отнести к простому занятию, по той простой причине, что для получения точных данных, необходимо непросто правильно оперировать исходными цифрами и специальными формулами, а также легко ориентироваться в СНиПеи обладать минимальными навыками черчения.

Если вышеперечисленные навыки не соответствуют способностям человека выполняющего ремонт, то целесообразно воспользоваться бесплатным ПО, которое можно скачать в интернете.

Ярким примером такого информационного продукта можно смело назвать программу 3D Max. При этом обладая минимальными навыками работы с компьютером, любой человек без особых проблем справится с ПО. Помимо этого большинство программ имеют наглядные примеры, облегчающие работу с расчётом стропильной системы.

Для людей совершено не разбирающихся в тонкостях 3D проектирования, можно скачать бесплатную программу Аркон, в которой помимо системы проектирования конструкции стропил, имеется калькулятор, предназначенный для расчёта параметровстропильных ног (сечение и длина бруса). Кроме этого, программа обладает простейшим, интеллектуально понятным интерфейсом, в разы упрощающим весь процесс расчётов. Также хочется упомянуть и об онлайн-сервисах расчёта конструкции стропил, которые не требуют скачивания программ.

Большая часть строительства уже позади, и ваш будущий дом радует крепким фундаментом и ровными стенами? Самое время приступать к строительству крыши, которая будет защищать ваш домашний уют от сырости и непогоды. Но первое, что нужно сделать – спроектировать и рассчитать всю конструкцию до самой последней детали.

Помните, что на высоте все работы проходят сложнее, а потому лучше ничего не переделывать. Тем более, что сам расчет стропильной системы двухскатной крыши не сложен – сейчас в этом вы убедитесь сами! К слову, двускатную крыше еще называют щипцовой.

Что собой представляет двускатная стропильная система?

Итак, вот основные элементы такого каркаса:

    Мауэрлат – это фундамент кровли, обычно представленный горизонтальным брусом, на который и опираются стропила.Коньковый брус.Наклонные балки и стропила.Вертикальные стойки.Обрешетка и дополнительные детали, придающие необходимой жесткости каркасу.

Ничего сложного – двускатная крыша как раз этим и радует:

Стандартная и ломаная двухскатная крыша

Проект стандартной двускатной стропильной системы представляет собой две наклонные плоскости прямоугольной формы и ровные вертикальные торцы по бокам, называемые фронтонами. Такая крыша – одна из самых простых конструкций, со строительством которой успешно справляются даже малоопытные специалисты.

А вот ломаная двускатная крыша имеет уже другую архитектуру. Здесь верхняя более пологая крыша обычно строится с углом наклона 30°, а нижняя крутая – с наклоном 60°.

Ломаная двускатная крыша хороша тем, что на ней почти не задерживается снег и наледь, а вот мансардное помещение оказываются куда удобнее и уютнее. Причем в нижней плоскости такой крыши рационально делать мансардные окна, которые на более пологих плоскостях обычно становятся проблемой протечек и сырости – на них дольше задерживается дождевая вода.

Отметим, что ломаная стропильная системаодин из самых лучших вариантов для зданий шириной 6-8 м. Причем ломаный профиль вам будет легче собрать – для этого нужно всего лишь смонтировать прямо на земле нужные узлы, а все стойки и стропила просто обрезаем по шаблону:

Как рассчитать двускатную стропильную систему?

Итак, первым делом при проектировании и просчете определитесь с полезной площадью мансарды, и исходя уже из этих данных решите, насколько высокими будут вертикальные стойки. А мансарду обычно в такой крыше делают – удобно ведь.

Предлагаем для удобства разобраться с понятиями:

Рассчитываем угол наклона скатов

Теперь рассчитываем наклон скатов.

Так, если ваш дом имеет стандартную ширину 6-8 м, тогда угол скатов 45° оставит для жилого пространства мансарды слишком мало места. Делайте 60° – это самый удачный вариант, хотя и обойдется вам дороже. Кроме того, уже с 45° наклона вы сможете использовать любые кровельные материалы.

Редко, но случается, когда двускатная крыша изначально планируется ассиметричной – хотя бы ради того, чтобы в чердачном пространстве было место для обустройства жилой мансарды. Но в любом случае угол наклона стандартной двускатной крыши высчитывайте исходя из ветровых и снеговых нагрузок вашего региона.

Но учитывайте, что с увеличением угла наклона скатов увеличится и расход материалов, хотя и эксплуатационные характеристики такой крыши тоже будут выше:

Строят также двускатные крыши с неравными углами скатов, чтобы выразить оригинальный дизайн. В ней много недостатков, а потому вы советуем вам спланировать все-таки симметричную крышу, в основании которой равнобедренные треугольники.

Определяемся с видом стропил

У двускатной крыши их всего два.

Висячие стропила

Отличительная особенность этого вида стропильной системы в том, что опора здесь идет только на боковые стены сооружения, т. е.

стропила попросту висят. Этот процесс в строительстве считается негативным, т. к.

подобное проектирование ведет к распирающей нагрузке крыши и со временем стены могут даже деформироваться. А с десятилетиями – даже перекоситься. Вот почему для более гармоничного и безопасного распределения нагрузки продумайте дополнительные и вспомогательные элементы – затяжки, бабки, укосы.

Но есть у висячей стропильной системы и свои преимущества:

    Монтажные работы такой крыши довольно просты.Нет сложных узлов и других элементов для надежности системы.У всей стропильной конструкции – высокая степень жесткости.

А еще висячие стропила не рекомендуются в регионах высокой ветровой нагрузки.

Наслонные стропила

Наслонная стропильная система характеризуется наличием внутренней опорной перегородки, которая располагается на одинаковом расстоянии от противоположных стен. На нее опирается вся кровля, а потому без наслонной системы не обойтись, если крыша будет иметь серьезный вес или размер.

Распределяем нагрузку стропил

А теперь важно максимально перераспределить нагрузку всех стропил на балки перекрытия. Если стропила нужно усилить, тогда добавьте в проект дополнительные накладки или большее, чем планировалось, сечение бруса.

Вес стропильной системы и кровельного покрытия

Рассчитываем все по таким таблицам:

В проекте также могут быть наклонные стойки, которые усиливают стропильную систему. Далее, ферму остроконечной крыши нужно будет усилить бабкой – центральной стойкой, которая соединит потолочную и коньковую балки.

Кроме того, важно, чтобы кровля могла легко переживать климатические диссонансы.

Проще всего просчитывать и проектировать крыши в небольших странах, где по всей территории один и тот же климат. Вот почему у ирландцев принято строить одни конструкции, в жарких странах – другие, а шведов третьи. Просто в таких местностях веками складываются строительные традиции, которые на самом деле проверены на практике не одним поколением.

А вот в России такие традиции неоднозначны: где-то строят пологие низкие крыши и дома почти в земле, а где-то наоборот – высокие острые скаты у таких же высоких теремков. Дело в том, что климат в нашей стране разнообразен (естественно, из-за ее огромной территории), и в одних местностях пытаются справиться с тоннами снега, а в других – не дать шальному ветру сорвать все крыши в деревне. Поэтому все равно ориентируйтесь на опыт вашего региона и не принимайте слишком радикальных решений в просчете стропильной системы.

А узнать ветровую и снеговую нагрузку вашей местности не сложно при помощи таких карт:

Ветровая нагрузка

Итак, сила ветра оказывает боковое давление на крышу.

Сталкиваясь с препятствием, ветер делится на два потока: вниз к фундаменту и вверх, под карниз. Если вы просчитаете все правильно, ваша крыша будет служить вам верой и правдой до самых правнуком, а если ошибетесь с расчетами – последствия будут печальными. Причем, если ветер срывает крышу в буквальном смысле этого слова, здесь не обойтись каким-нибудь небольшим ремонтом – придется строить заново всю стропильную систему.

Поэтому в строительном мире принято уделять особое внимание так называемому аэродинамическому коэффициенту крыши. Он зависит от ее угла наклона: чем круче, тем такая нагрузка будут больше и ветру будет легче опрокинуть кровлю.

Чем ниже, тем сложнее, но здесь уже ветер будет действовать как подъемная сила, стремясь зацепить за карниз и сорвать, как шляпку гриба. А потому идеальная крыша для ветреных регионов – с небольшим углом наклона и минимальным карнизом. И уж точно не с висячими стропилами.

Другой опасный момент: в таких местностях ветер часто обрывает ветви у деревьев и разносит другие предметы. А чем выше кровля, тем больше вероятности, что с ней столкнется весь этот мусор.

Пару царапин – и коррозия гарантирована. Поэтому от металлического покрытия тоже придется отказаться. Кроме того, если в вашей местности сильные ветра, мауэрлат укладывать близко к краю наружной стены не рекомендуется, чтобы порывы ветра не могли его сорвать.

Снеговая нагрузка

Снежный покров в зимние периоды на самом деле оказывает немалое давление на крышу. И чем севернее район, тем больше там таких осадков, и тем больше угроза пролома крыши, особенно при низком угле наклона. А потому проектировать и рассчитывать этот финишный элемент здания нужно осторожно, с учетом всех тонкостей и нюансов.

Особенно сложно продумать надежную крышу в тех районах, где периодическая смена температур – норма. Дело в том, что постоянное таяние снега, и его промерзание на следующий же день сказывается плохо на любом кровельном покрытии.

В итоге деформируется вся стропильная система, разрушается гидроизоляции и утепление, а постоянные протечки кровли влекут за собой неприятную сырость и регулярные ремонты. У вас похожие погодные условия? Делайте ставку максимальную защищенность кровли!

Формула расчета угла наклона кровли в этом случае проста: чем выше уклон, тем меньше задерживается снег. В снежных регионах также забудьте о сложных формах крыши и многочисленности элементов. Рассчитывайте только простую конструкцию с высоким углом наклона, на которые обязательно нужно будет поставить снегодержатели (чтобы осадки не разрушили водосточную систему).

Современные программы для расчета двускатной крыши

Естественно, собственноручно начертить всю стропильную систему, как в официальной проектной документации, довольно сложно, если только у вас не образование архитектора.

Но вполне достаточно обладать теми теоритическими знаниями, которые вам дает эта статья и хотя бы сделать наброску, чтобы можно было уже закупать строительный материал. И можно пойти еще одним путем – использовать современные 3D программы. С такими, как «Автокад» и «3D Max» разобраться будет сложно, но вот в «Аркон» все необходимые расчеты и эскизы сделать легко.

Также, если у вас все еще остались вопросы, на нашем сайте вы всегда найдете специальные онлайн-калькуляторы, которые быстро выполнят все необходимые расчеты.

Источники:

  • krovlya.guru
  • krovgid.com

Поделиться:
Нет комментариев