Расчет деревянных стропил крыши. Калькулятор расчета стропил двускатной крыши

Прежде чем приступать к строительству крыши, конечно желательно, чтобы её была рассчитана на прочность. Сразу после опубликования прошлой статьи « «, мне на почту стали приходить вопросы, касающиеся выбора сечения стропил и балок перекрытия.

Да, разобраться в этом вопросе на просторах нашего всеми любимого интернета действительно довольно не просто. Информации на эту тему очень много, но она как всегда настолько разрознена и иногда даже противоречива, что неопытному человеку, который в своей жизни возможно даже и не сталкивался с таким предметом как «Сопромат» (повезло же кому-то), легко запутаться в этих дебрях.

Я, в свою очередь, попробую сейчас составить пошаговый алгоритм, который поможет Вам самостоятельно рассчитать стропильную систему своей будущей крыши и наконец избавиться от постоянных сомнений — а вдруг не выдержит, а вдруг развалится. Сразу скажу, что углубляться в термины и различные формулы я не буду. Ну зачем? На свете столько полезных и интересных вещей, которыми можно забить себе голову. Нам ведь нужно просто построить крышу и забыть про неё.

Весь расчёт будет описан на примере двухскатной крыши, о которой я писал в

Итак, Шаг № 1:

Определяем снеговую нагрузку на крышу. Для этого нам понадобится карта снеговых нагрузок РФ. Чтобы увеличить картинку, кликните на ней мышкой. Ниже я дам ссылку, по которой её можно будет скачать себе на компьютер.

По этой карте определяем номер снегового региона, в котором мы строим дом и из нижеследующей таблицы выбираем соответствующую этому региону снеговую нагрузку (S, кг/м²):

Если Ваш город находится на границе регионов, выбирайте большее значение нагрузки. Корректировать полученную цифру в зависимости от угла наклона скатов нашей крыши не нужно. Программа, которой мы будем пользоваться сделает это сама.

Допустим в нашем примере мы строим дом в Подмосковье. Москва находится в 3 снеговом регионе. Нагрузка для него составляет 180 кг/м².

Шаг №2:

Определяем ветровую нагрузку на крышу. Для этого нам понадобится карта ветровых нагрузок РФ. Её также можно будет скачать по ссылке ниже.

По этой карте также выбираем соответствующий номер региона и определяем для него значение ветровой нагрузки (значения показаны в левом нижнем углу):

Здесь столбец А - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи и тундры; столбец В - городские территории, лесные массивы и др. местности равномерно покрытые препятствиями. Нужно учесть, что в некоторых случаях тип местности может различаться в разных направлениях (например, дом стоит на окраине населённого пункта). Тогда выбираем значения из столбца «А».

Снова вернёмся к нашему примеру. Москва находится в I-м ветровом регионе. Высота нашего дома 6,5 метров. Предположим, что строится он в населённом пункте. Таким образом принимаем значение поправочного коэффициента k=0,65. Т.е. ветровая нагрузка в данном случае будет равна: 32х0,65=21 кг/м².

Шаг №3:

Необходимо скачать себе на компьютер расчётную программу выполненную в виде таблицы Exel. Далее работать мы будем в ней. Вот ссылка для скачивания: « . Также здесь находятся карты снеговых и ветровых нагрузок РФ.

Итак, скачиваем и распаковываем архив. Открываем файл «Расчёт стропильной системы», при этом мы попадаем в первое окно — «Нагрузки»:

Здесь нам нужно поменять некоторые значения в ячейках залитых голубым цветом. Весь расчёт производится автоматически. Давайте продолжим рассматривать наш пример:

В табличке «Исходные данные» меняем угол наклона на 36° (какой у Вас будет угол, такой и пишите, ну это я думаю всем понятно);

Меняем шаг стропил, на тот который мы выбрали. В нашем случае это 0,6 метров;

Нагр. кровли (нагрузка от собственного веса кровельного материала) — это значение выбираем из таблицы:

Для нашего примера выбираем металлочерепицу с весом 5 кг/м².

Снег. район — сюда мы вписываем сумму значений снеговой и ветровой нагрузок, которые мы получили ранее, т.е. 180+21=201 кг/м²;

Утепление (манс.) — это значение оставляем без изменений, если мы будем закладывать утеплитель между стропилами. Если же мы делаем холодный чердак без утеплителя — меняем значение на 0;

В табличку «Обрешётка» вписываем необходимые размеры обрешётки. В нашем случае для металлочерепицы мы поменяем шаг обрешётки на 0,35 м и ширину — на 10 см. Высоту оставляем без изменений.

Все остальные нагрузки (от собственного веса стропил и обрешётки) учитываются программой автоматически. Теперь смотрим, что у нас получилось:

Мы видим надпись «Несущая способность обрешётки обеспечена!» Больше в этом окне мы ничего не трогаем, даже ни к чему понимать, что за цифры стоят в других ячейках. Если, например, мы выберем другой шаг стропил (по больше), может получиться, что несущая способность обрешётки будет не обеспечена. Тогда надо будет подбирать другие размеры обрешётки, например, увеличивать её ширину и т.п. В общем думаю Вы разберётесь.

Шаг №4:

Строп.1 » и переходим в окно расчёта стропил с двумя точками опоры. Здесь все внесённые нами ранее входящие данные уже подставлены программой автоматически (так будет и во всех других окнах).

В нашем примере из статьи «Двухскатная крыша дома своими руками» стропила имеют три точки опоры. Но давайте представим, что промежуточных стоек нет и произведём расчёт:

Меняем на схеме стропила длину его горизонтальной проекции (ячейка залита голубым цветом). В нашем примере она равна 4,4 метра.

В табличке «Расчёт стропил» меняем значение толщины стропила В (заданное) на выбранное нами. Мы ставим 5 см. Это значение обязательно должно быть больше указанного в ячейке Втр (устойч.);

Теперь в строку «Принимаем Н » нам нужно внести выбранную ширину стропила в сантиметрах. Она обязательно должна быть больше значений, указанных в строках «Нтр.,(прочн.) » и «Нтр.,(прогиб) «. При соблюдении этого условия, все надписи в низу под схемой стропил будут иметь вид «Условие выполнено». В строчке «Н, (по сорт-ту) » указано значение, которое нам предлагает выбрать сама программа. Мы можем взять эту цифру, а можем взять другую. Обычно выбираем сечения имеющиеся в наличии в магазине.

Итак, что у нас получилось показано на рисунке:

В нашем примере для соблюдения всех условий прочности необходимо выбрать стропила с сечением 5х20 см. Но схема крыши показанная мной в прошлой статье имеет стропила с тремя точками опоры. Поэтому для её расчёта переходим к следующему шагу.

Шаг №5:

Нажимаем внизу рабочего экрана на вкладку «Строп.2 » либо «Строп. 3″ . При этом открывается окно расчёта стропил имеющих 3 точки опоры. Выбор нужной нам вкладки производим в зависимости от места расположения средней опоры (стойки). Если она расположена правее середины стропила, т.е. L/L1<2, то пользуемся вкладкой «Строп.2″ . Если стойка расположена левее середины стропила, т.е. L/L1>2, то пользуемся вкладкой «Строп.3″ . Если стойка ровно по середине, можете использовать любую вкладку, результаты будут одинаковые.

На схеме стропил переправляем размеры в ячейках залитых голубым цветом (кроме Ru);

По тому же принципу, что был описан выше, выбираем размеры сечения стропил. Для нашего примера, я принял размеры 5х15 см. Хотя можно было и 5х10 см. Просто привык уже работать с такими досками, да и запас прочности будет побольше.

Теперь важно: с полученного при расчёте рисунка нам нужно будет выписать значение вертикальной нагрузки, действующей на стойку (в нашем примере (см. рис. выше) она равна 343,40 кг) и изгибающего момента действующего на стойку (Моп.=78,57 кгхм). Эти цифры будут нужны нам далее при расчёте стоек и балок перекрытия.

Далее, если вы перейдёте во вкладку «Арка «, откроется окно расчёта стропильной системы представляющей собой коньковую арку (два стропила и затяжка). Я её рассматривать не буду, для нашей крыши она не подойдёт. Слишком у нас большой пролёт между опорами и маленький угол наклона скатов. Там получатся стропила сечением порядка 10х25 см, что для нас конечно непреемлемо. Для более маленьких пролётов такую схему использовать можно. Уверен, кто понял то, о чём я писал выше, тот сам разберётся и с этим расчётом. Если всё же появятся вопросы, пишите в комментариях. А мы переходим к следующему шагу.

Шаг №6:

Переходим на вкладку «Стойка». Ну здесь всё просто.

Определённые нами ранее значения вертикальной нагрузки на стойку и изгибающего момента вносим на рисунке соответственно в ячейки «N=» и «М=». Они у нас были записаны в килограммах, мы вписываем их в тоннах, при этом значения автоматически округляются;

Также на рисунке меняем высоту стойки (в нашем примере это 167 см) и ставим размеры выбранного нами сечения. Я выбрал доску 5х15 см. Внизу в центре видим надписи «Центральное обеспечено!» и «Внецентр. обеспечено». Значит всё впорядке. Коэффициенты запаса «Кз» очень большие, поэтому можно смело уменьшать сечение стоек. Но мы оставим как есть. Результат расчёта на рисунке:

Шаг №7:

Переходим на вкладку «Балка «. На балки перекрытия действуют одновременно распределённая нагрузка и сосредоточенная. Нам нужно учесть обе. В нашем примере балки одинакового сечения перекрывают пролёты разной ширины. Мы конечно же производим расчёт для более широкого пролёта:

— в табличке «Распределённая нагрузка» указываем шаг и пролёт балок (мы из примера берём 0,6 м и 4 м соответственно);

— принимаем значения Нагр.(норм.)=350 кг/м² и Нагр.(расч.)=450 кг/м². Значения этих нагрузок в соответствии со СНиПом усреднены и взяты с хорошим запасом прочности. В них включена нагрузка от собственного веса перекрытий и эксплуатационная нагрузка (мебель, люди и т.п.);

— в строку «В, заданная » вписываем выбранную нами ширину сечения балок (в нашем примере это 10 см);

В строчках «Н, прочность » и «Н, прогиб » будут указаны минимально возможные высоты сечения балок при которых она не сломается и прогиб её будет допустимым. Нас интересует большая из этих цифр. Высоту сечения балки мы принимаем исходя из неё. В нашем примере подойдёт балка сечением 10х20 см:

Итак, если бы у нас не было стоек опирающихся на балки перекрытия, расчёт на этом был бы закончен. Но стойки в нашем примере есть. Они то и создают сосредоточенную нагрузку, поэтому продолжаем заполнять таблички «» и «Распред.+сосредоточ. «:

В обе таблички вносим размеры наших пролётов (тут думаю всё понятно);

В табличке «» меняем значения Нагр.(норм.) и Нагр.(расч.) на цифру которую мы получили выше при расчёте стропил с тремя точками опоры — это вертикальная нагрузка на стойку (в нашем примере 343,40 кг);

В обе таблички вписываем принятую ширину сечения балки (10 см);

Высоту сечения балки определяем по табличке «Распред.+сосредоточ .» . Снова ориентируемся на большее значение. Для нашей крыши принимаем 20 см (см. рис. выше).

На этом расчёт стропильной системы закончен.

Чуть не забыл сказать: используемая нами расчётная программа применима для стропильных систем сделанных из сосны (кроме веймутовой), ели, лиственницы европейской и японской. Вся используемая древесина 2-го сорта. При использовании другой древесины, в программу нужно будет внести некоторые изменения. Так как другие породы дерева в нашей стране используются редко, я сейчас не буду расписывать, что нужно изменять.

Двускатная крыша или щипцовая - это крыша на два ската, т.е. имеющая 2 наклонные поверхности (скаты) прямоугольной формы.

Каркас двухскатной крыши в силу конструктивных особенностей идеально сочетает в себе простоту устройства и обслуживания с надежностью и долговечностью. Эти и многие другие параметры делают строительство двухскатной крыши практичным и рациональным решением для частного и коммерческого домостроения.

В рамках этой статьи рассмотрим, как сделать стропильную систему двухскатной крыши своими руками. Для эффективного восприятия материала он представлен в виде пошаговой инструкции от А до Я, от выбора и расчетов, до монтажа мауэрлата и обрешетки под кровлю. Каждый этап сопровождается таблицами, схемами, чертежами, рисунками и фото.

Популярность крыши домиком обусловлена рядом преимуществ:

• вариативность конструкции;
• простота в расчетах;
• естественность стока воды;
• цельность конструкции снижает вероятность протечек;
• экономичность;
• сохранение полезной площади чердака или возможность обустройства мансарды;
• высокая ремонтопригодность;
• прочность и износоустойчивость.

Виды двухскатной крыши

Монтаж стропильной системы двускатной крыши зависит, прежде всего, от ее конструкции.

Выделяют несколько вариантов двухскатных крыш (типы, виды):

Наиболее распространенный в силу простоты и надежности вариант устройства крыши. Благодаря симметрии достигается равномерное распределение нагрузок на несущие стены и мауэрлат. Вид и толщина утеплителя не оказывают влияния на выбор материала.

Сечение бруса дает возможность обеспечить запас несущей способности. Отсутствует вероятность пригибания стропил. Подпорки и распорки можно ставить практически в любом месте.

Явный недостаток - невозможность обустройства полноценного мансардного этажа. Из-за острых углов появляются «глухие» зоны, которые непригодны для использования.

Устройство одного угла более 45° приводит к снижению величины неиспользуемой площади. Появляется возможность сделать жилые комнаты под крышей. В тоже время увеличиваются требования к расчету, т.к. нагрузка на стены и фундамент будет распределятся неравномерно.

Такая конструкция крыши позволяет обустроить полноценный второй этаж под крышей.

Естественно, простая двускатная стропильная крыша отличается от ломаной, не только визуально. Главная трудность таиться в сложности расчетов.

Конструкция стропильной системы двухскатной крыши

Постройка крыши любой сложности своими руками предполагает знания назначения основных конструктивных элементов.

Места расположения элементов показаны на фото.

• Мауэрлат . Предназначен для распределения нагрузки от стропильной системы на несущие стены здания. Для обустройства мауэрлата выбирается брус из прочной древесины. Предпочтительно лиственницы, сосны, дуба. Сечение бруса зависит от его вида - цельный или склеенный, а также от предполагаемого века конструкции. Наиболее популярные размеры 100х100, 150х150 мм.

  Совет. Для стропильной системы из металла мауэрлат также должен быть металлическим. Например, швеллер или двутавровый профиль.

• Стропильная нога . Основной элемент системы. Для изготовления стропильных ног используется прочный брус или бревно. Соединенные сверху ноги образуют ферму.

Силуэт стропильной фермы определяет внешний вид строения. Примеры ферм на фото.

Важное значение имеют параметры стропил. О них речь пойдет чуть ниже.

• Затяжка - соединяет стропильные ноги и придает им жесткость.

• Прогон :

• Коньковый прогон , монтируется в месте примыкания одного стропила к другому. В дальнейшем на него будет установлен конек крыши.

• Боковые прогоны , они обеспечивают ферме дополнительную жесткость. Их количество и размер зависят от нагрузки на систему.

• Стойка для стропил - вертикально расположенный брус. Также принимается на себя часть нагрузки от веса крыши. В простой двускатной крыше обычно располагается по центру. При значительной ширине пролета - по центру и по бокам. В несимметричной двускатной крыше - место установки зависит от длины стропила. При ломанной крыше и обустройстве одной комнаты на мансардном чердаке - стойки располагаются по бокам, оставляя свободным пространство для перемещения. Если комнат предполагается две - стойки находятся по центру и по бокам.

Расположение стойки в зависимости от длины крыши показано на рисунке.

• Подкос . Служит опорой для стойки.

Совет. Установка подкоса под углом в 45° существенно снижает риск деформации от ветровой и снеговой нагрузки.

В регионах со значительной ветровой и снеговой нагрузкой устанавливают не только продольные подкосы (находящиеся в одной плоскости со стропильной парой), но и диагональные.

• Лежень . Его назначение служить опорой для стойки и местом крепления подкоса.

• Обрешетка . Предназначена для передвижения во время строительных работ и фиксации кровельного материла. Устанавливается перпендикулярно по отношению к стропильным ногам.

Совет. Важное назначение обрешетки - перераспределение нагрузки от кровельного материала на стропильную систему.

Наличие чертежа и схемы с указанием месторасположения всех перечисленных конструктивных элементов поможет в работе.

Совет. Обязательно добавьте в схему стропильной системы двухскатной крыши данные об устройстве прохода вентиляционной шахты и дымовой трубы.

Технология их устройства определяется типом кровли.

Выбор материала для стропил

При расчете материала на двухскатную крышу нужно выбирать качественную древесину без повреждений и червоточин. Наличие сучков для балок, мауэрлата и стропил не допускается.

Для досок обрешетки сучков должно быть минимум, при этом они не должны выпадать. Древесина должна быть прочной и обработанной необходимыми препаратами, которые повысят ее свойства.

Совет. Длина сучка не должна превышать 1/3 толщины бруса.

Расчет стропильной системы двухскатной крыши

Расчет параметров материала важный этап, поэтому приводим алгоритм расчета пошагово.

Важно знать: вся стропильная система состоит из множества треугольников, как наиболее жесткого элемента. В свою очередь, если скаты имеют различную форму, т.е. являются неправильным прямоугольником, то нужно разделить его на отдельные составляющие и посчитать нагрузку и количество материалов для каждого. После расчетов данные суммировать.

1. Расчет нагрузки на стропильную систему

Нагрузка на стропила может быть трех видов:

• Постоянные нагрузки . Их действие будет всегда ощущаться стропильной системой. К таким нагрузкам относят вес кровли, обрешетки, утеплителя, пленок, доборных элементов кровли, отделочных материалов для . Вес кровли является суммой веса всех его составляющих элементов, такую нагрузку проще учесть. В среднем величина постоянной нагрузки на стропила равна 40-45 кг/м.кв.

Совет. Чтобы сделать запас прочности для стропильной системы лучше к расчету прибавить 10%.

Для справки: Вес некоторых кровельных материалов на 1 м.кв. представлен в таблице

Совет. Желательно, чтобы вес кровельного материала, приходящийся на 1 м.кв. площади крыши, не превышал 50 кг.

• Переменные нагрузки . Действуют в разные периоды и с разной силой. К таким нагрузкам относят: ветровую нагрузку и ее силу, снеговую нагрузку, интенсивность осадков.

По сути, скат крыши подобен парусу и, если учесть ветровую нагрузку, вся конструкция крыши может быть разрушена.

Расчет проводят по формуле: ветровая нагрузка равна показатель по региону, умноженный на поправочный коэффициент. Эти показатели содержатся в СНиП «Нагрузки и воздействия» и определяются не только регионом, но и местом расположения дома. Например, на частный дом, окруженный многоэтажными зданиями, приходится меньше нагрузок. Отдельно стоящий загородный дом или дача испытывают повышенные ветровые нагрузки.

2. Расчет снеговой нагрузки на кровлю

Расчет крыши на снеговую нагрузку проводится по формуле:

Полная снеговая нагрузка равна вес снега, умноженная на поправочный коэффициент. Коэффициент учитывает ветровое давление и аэродинамическое влияние.

Вес снега, который приходится на 1 м.кв. площади крыши (согласно СНиП 2.01.07-85) находится в пределах 80-320 кг/м.кв.

Коэффициенты, показывающие зависимость от угла наклона ската представлены на фото.

Нюанс. При угле наклоне ската свыше 60° нагрузка снега на расчет не влияет. Поскольку снег быстро сползет вниз и не повлияет на прочность бруса.

• Особые нагрузки . Учет таких нагрузок проводится в местах с высокой сейсмической активностью, торнадо, штормовыми ветрами. Для наших широт достаточно сделать запас по прочности.

Нюанс. Одновременное действие многих факторов вызывает эффект синергии. Это стоит учесть (см. фото).

Оценка состояния и несущей способности стен и фундамента

Следует учитывать, что кровля имеет существенный вес, который способен нанести вред остальному зданию.

Определение конфигурации кровли:

• простая симметричная;
• простая ассиметричная;
• ломаная.

Чем сложнее форма крыши, тем большее количество стропильных ферм и подстропильных элементов нужно для создания необходимого запаса по прочности.

Угол наклона двухскатной крыши определяется в первую очередь кровельным материалом. Ведь каждый из них выдвигает свои требования.

• мягкая кровля - 5-20°;
• металлочерепица, шифер, профнастил, ондулин - 20-45°.

Следует учесть, что увеличение угла увеличивает площадь пространства под крышей, но и количество материала. Что влияет на общую стоимость работ.

Нюанс. Минимальный угол наклона двускатной крыши должен составлять не меньше 5°.

5. Расчет шага стропил

Шаг стропил двускатной крыши для жилых домов может составлять от 60 до 100 см. Выбор зависит от кровельного материала и веса конструкции крыши. Тогда количество стропильных ног рассчитывается путем деления длины ската на расстояние между стропильными парами плюс 1. Полученное число определяет количество ног на один скат. Для второго число нужно умножить на 2.

Длина стропил для чердачной крыши рассчитывается по теореме Пифагора.

Параметр «а» (высота крыши) задается самостоятельно. Ее величина определяет возможность обустройства жилого помещения под крышей, удобством нахождения на чердаке, расходом материала на строительство крыши.

Параметр «b» равен половине ширины здания.

Параметр «с» представляет собой гипотенузу треугольника.

Совет. К полученному значению нужно добавить 60-70 см. для запилов и выноса стропильной ноги за стену.

Стоит отметить, что максимальная длина бруса - 6 м.п. Поэтому при необходимости брус для стропил можно сращивать (наращивание, стыковка, соединение).

Способ сращивания стропил по длине показан на фото.

Ширина стропил для крыши зависит от расстояния между противоположными несущими стенами.

7. Расчет сечения стропил

Сечение стропил двускатной крыши зависит от нескольких факторов:

• нагрузки, о ней мы уже писали;

• вида применяемого материала. Например, бревно выдерживает одну нагрузку, брус - другую, клееный брус - третью;

• длины стропильной ноги;

• вида древесины, которая используется в строительстве;

• расстояния между стропилами (шага стропил).

Определить сечение бруса для стропил, зная расстояние между стропилами и длину стропила можно с помощью нижеприведенных данных.

Сечение стропил - таблица

Совет. Чем больше шаг установки стропил, тем большая нагрузка приходится на одну стропильную пару. Значит, сечение стропил нужно увеличивать.

Размеры пиломатериала (бруса и доски) для двухскатной стропильной системы:

• толщина (сечение) мауэрлата - 10х10 или 15х15 см.;

• толщина стропильной ноги и затяжки - 10х15 или 10х20 см. Иногда используют брус 5х15 или 5х20 см;

• прогон и подкос - 5х15 или 5х20. В зависимости от ширины ноги;

• стойка - 10х10 или 10х15;

• лежень - 5х10 или 5х15 (в зависимости от ширины стойки);

• толщина (сечение) обрешетки крыши - 2х10, 2,5х15 (в зависимости от кровельного материала).

Виды стропильной системы двухскатной крыши

Для рассматриваемой конструкции крыши существует 2 варианта: наслонные и висячие стропила.

Рассмотрим каждый вид подробно, дабы сделать взвешенный выбор.

Висячие стропила

Применяются при ширине крыши не более 6 м.п. Установка висячих стропил выполняется за счет крепления ноги за несущую стену и коньковый прогон. Конструкция висячих стропил особенна тем, что стропильные ноги находятся под воздействием распирающего усилия. Висячие стропила с затяжкой, установленной между ногами, позволяют снизить его влияние. Затяжка в стропильной системе может быть деревянной или металлической. Часто затяжки ставят внизу, тогда они играют роль несущих балок. Важно обеспечить надежное крепление затяжки на стропильной ноге. Потому, что на нее тоже передается распирающее усилие.

Совет.
Чем выше расположена затяжка, тем большей прочностью она должна обладать.
Если затяжку не установить, несущие стены могут попросту «разъехаться» от давления, создаваемое стропильной системой.

Наслонные стропила

Применяются при обустройстве крыш любых размеров. Конструкция наслонных стропил предусматривает наличие лежня и стойки. Лежень, лежащий параллельно мауэрлату принимает на себя часть нагрузки. Таким образом, стропильные ноги как бы приклонены друг к другу и поддерживаются стойкой. Стропильные ноги наслонной системы работают только на изгиб. Да и простота монтажа также склоняет чашу весов в их пользу. Единственный недостаток - наличие стойки.

Комбинированные

Ввиду того, что современные крыши отличаются большим многообразием форм и сложностью конфигураций, используется комбинированный вид стропильной системы.

После выбора вида стропильной системы можно точно рассчитать количество материалов. Результаты расчетов записать. При этом профессионалы рекомендуют составлять чертежи на каждый элемент кровли.

Монтаж стропильной системы двухскатной крыши

После того, как рассчитаны стропила двускатной крыши, можно приступать к монтажу. Процесс разобьем на этапы и дадим характеристику каждому из них. Получится своеобразная пошаговая инструкция, содержащая дополнительные сведения по каждому этапу.

1. Крепление мауэрлата к стене

Брус устанавливается по длине стены, на которую будут опираться стропила.

В срубах из бревна роль мауэрлата играет верхний венец. В зданиях, построенных из пористого материала (газобетон, пенобетон) или кирпича, мауэрлат устанавливается по всей длине несущей стены. В других случаях его можно устанавливать между стропильными ногами.

Материал подготовлен для сайта www.сайт

Поскольку длина мауэрлата превышает стандартные размеры пиломатериалов, его приходится сращивать.

Соединение мауэрлата друг с другом делается как показано на рисунке.

Как соединить мауэрлат?

Запил брусьев производится только под углом в 90°. Соединения происходит с применением болтов. Гвозди, проволока, деревянные нагели не используются.

Как крепить мауэрлат?

Установка мауэрлата выполняется на верху стены. Технология монтажа предусматривает несколько способов крепления мауэрлата:

• строго по центру несущей стены;
• со смещением в одну из сторон.

Совет.
Мауэрлат не может размещаться ближе, чем 5 см. до наружного края стены.

Чтобы защитить брус для мауэрлата от повреждения его укладывают на слой гидроизоляционного материала, в качестве которого чаще всего выступает обычный рубероид.

Надежность крепления мауэрлата важный аспект строительства. Это связано с тем, что скат крыши подобен парусу. Т.е., он испытывает сильную ветровую нагрузку. Следовательно, мауэрлат нужно крепко зафиксировать на стене.

Способы крепления мауэрлата к стене и стропилам

Анкерные болты. Идеальны для монолитного строения.

Деревянные нагели. Используются для срубов из бревна и бруса. Но, они всегда используются с дополнительными крепежами.

Скобы.

Шпилька или арматура. Применяется в том случае, если коттедж построен из пористых материалов (газобетон, пенобетон).

Скользящее крепление (шарнирное). Связка таким способом позволяет обеспечить смещение стропильных ног при усадке дома.

Отожженная проволока (вязальная, стальная). Используется как дополнительное крепление в большинстве случаев.

2. Изготовление стропильных ферм или пар

Монтаж выполняется двумя способами:

• установка брусьев непосредственно на крыше. Используется не часто, поскольку выполнять все работы, замеры, подрезки на высоте проблематично. Зато позволяет полностью выполнить монтаж своими руками;

• сборка на земле. Т.е., отдельные элементы (треугольники или пары) для стропильной системы можно собрать внизу, а затем поднять их на крышу. Преимущество такой системы в более быстром выполнении высотных работ. А недостаток - в том, что вес собранной конструкции стропильной фермы может быть значительным. Чтобы ее поднять потребуется специальное оборудование.

Совет. Прежде чем собирать стропильные ноги, нужно нанести разметку. Очень удобно использовать для этих целей шаблоны. Собранные по шаблону стропильные пары будут абсолютно одинаковы. Для изготовления шаблона нужно взять две доски, длина каждой из которых равна длине одного стропила, и соединяются между собой.

3. Установка стропильных ног

Собранные пары поднимаются наверх и устанавливаются на мауэрлат. Для этого внизу стропильных ног нужно сделать запил.

Совет. Поскольку прорези на мауэрлате ослабят его, можно делать запилы только на стропильной ноге. Чтобы запил был одинаковым и плотно прилегал к основанию нужно использовать шаблон. Его вырезают из фанеры.

Способы крепления стропильной ноги показано на рисунке.

Начинать установку стропильных пар нужно с противоположных торцов крыши.

Совет. Чтобы правильно установить стропильные ноги, лучше использовать временные подкосы и распорки.

Между закрепленными парами натягивается бечевка. Она упростит монтаж последующих стропильных пар. А также, обозначит уровень конька.

Если стропильная система монтируется непосредственно на крыше дома, то после установки двух крайних стропильных ног устанавливается опора конька. Далее к нему крепят половины стропильный пар.

Стоит отметить, что в этом вопросе мнения профессионалов расходятся. Одни советуют использовать шахматный порядок крепления, что позволит равномерно распределить увеличивающуюся нагрузку на стены и фундамент более равномерно. Такой порядок предполагает установку одного стропила в шахматном порядке. После того, как часть стропильных ног установлена, монтируют недостающие части пары. Другие, настаивают на том, что нужно делать последовательный монтаж каждой пары. В зависимости от размера конструкции и конфигурации фермы, усиление стропильных ног выполняется подпорками и стойками.

Нюанс. Соединяются дополнительные элементы конструкции с помощью вырубки. Фиксировать их предпочтительно строительными скобами.

При необходимости можно удлинить стропильную ногу.

Способы сращивания стропильных ног показаны на фото.

Совет. Способ, которым удлиняется мауэрлат (запил под 90°) в данном случае применять нельзя. Это ослабит стропило.

4. Установка конька двускатной крыши

Коньковый узел кровли изготавливается путем соединения стропильных ног вверху.

Устройство конька крыши:

• Способ без использования опорного бруса (см. рис.).

• Способ с использованием стропильного бруса. Брус нужен для больших крыш. В дальнейшем он может стать опорой для стойки.

• Метод накладки на брус.

• Более современной разновидностью изготовления конькового узла можно считать способ, показанный на фото.

• Метод врубки.

После того, как установлена стропильная система делаем капитальное закрепление всех конструктивных элементов.

5. Монтаж обрешетки крыши

Монтируется обрешетка в любом случае, и предназначена для более удобного перемещения по крыше в процессе выполнения работ, а также для крепления кровельного материала.

Шаг обрешетки зависит от вида кровельного материала, например:

• под металлочерепицу - 350 мм (расстояние между двумя нижними досками обрешетки должно составлять 300 мм).
• под профнастил и шифер - 440 мм.
• под мягкую кровлю настилаем сплошную обрешетку.

Стропильная система двухскатной крыши с мансардой - видео:

Заключение

Как видим, несмотря на кажущуюся простоту, монтаж стропильной системы двускатной крыши содержит много подводных камней. Но, опираясь на приведенные рекомендации, вы сможете без проблем построить надежную конструкцию своими руками.

Для зданий небольшой высотности отлично подойдет стропильная кровля. Она украсит фасад дома, а при достаточном уклоне снег на такой кровле не скапливается, в отличие от плоской конструкции.

Одна из разновидностей стропильной кровли – двускатная . Это достаточно простая система, которая образуется двумя скатами. Скат кровли – это вся наклонная плоскость, при помощи которой обеспечивается водосток.

Конструкция опирается на две параллельные стены. Такая кровля образует два треугольных боковых фронтона. Фронтон – это завершение фасада здания.

Достоинства двускатной системы

1. Простота проектирования .
   Расчёт несущей способности и необходимых материалов для устройства такой кровли достаточно прост, так как вариантов типов и размеров несущих конструкций немного;
2. Простота монтажа .
   Двускатная кровля не имеет сложных конструктивных элементов. Малое количество типоразмеров позволяет быстрее установить все элементы кровли;
3. Удобство эксплуатации .
   Чем меньше различных изломов имеет крыша, тем надёжнее она защищает жилище. В самом простом исполнении двускатная крыша имеет всего один излом – конёк. Такую кровлю проще ремонтировать в случае появления дефектов;
4. Свободное пространство .
   Для обустройства мансарды предпочтительнее двускатная кровля, так как она меньше “съедает” пространство. Для сравнения, рассмотрим дом 6х6 м с мансардой. У наружных стен высота от пола помещения до кровли 1.5 м, у конька – 3 м. Для двускатной кровли при таких условиях объём помещения составит 81 м.куб, а для вальмовой, имеющей четыре ската, 72 м.куб. Для больших размеров здания потери в объёме будут увеличиваться.

Типы конструкций

Существуют четыре основных типа двускатных кровель:

1. Симметричная .
   Надёжна, устойчива, проста в исполнении, в основе лежит равнобедренный треугольник;
2. Несимметричная .
   Конёк располагается не по центру, скаты кровли имеют разные уклоны;
3. Ломаная симметричная .
   Скаты кровли имеют излом. Значительно увеличивает высоту помещения;
4. Ломаная несимметричная .
   Чердачное или мансардное помещение получается меньше, чем в предыдущем случае. Крыша имеет очень необычный внешний вид.

Выбор типа двускатной кровли зависит от назначения помещения, расположенного непосредственно под ней и архитектурного облика здания.

Общие принципы расчёта стропильной системы

Самыми важными несущими частями стропильной системы двухскатной кровли здания являются мауэрлат, ригель и стропила. Мауэрлат работает на сжатие, поэтому его сечение можно взять условно.

Ригель и стропильные ноги испытывают на себе изгибающий момент.

Расчёт таких конструкций производится по прочности и по жёсткости. Для небольших зданий можно выбрать их сечение приблизительно, но для серьёзных построек, в целях безопасности и экономии материала расчёт стропильной системы должен выполнить профессионал.

Нагрузка от собственного веса кровли

Чтобы выполнить расчёт необходимо знать нагрузку на 1 м.кв. кровли.

Для этого нужно сложить массы 1 м.кв. всех кровельных материалов:

1. подшивка (если она есть, чаще всего выполняется из гипсокартона);
2. стропильные ноги . Чтобы посчитать какой вес стропил приходится на квадратный метр кровли нужно найти массу погонного метра стропильной ноги и разделить это число на шаг стропил в метрах. Для расчёта можно принять приблизительное сечение стропила, площадь этого сечения необходимо умножить на плотность древесины;
3. утеплитель (если он есть) . Плотность утеплителя должна быть указана производителем, её необходимо умножить на толщину;
4. обрешётка . Для обеспечения запаса в расчёт можно брать сплошную обрешётку. Например, 1 м.кв. обрешётки из доски толщиной 32 мм будет весить приблизительно 25 килограмм;
5. кровельный материал. Масса 1 м.кв. покрытия обычно указывается производителем.

Снеговая нагрузка

Снеговая нагрузка для каждой местности своя и равняется весу снегового покрова на горизонтальной плоскости.

На территории России она может принимать значения от 80 до 560 килограмм на метр квадратный. В интернете можно легко найти карту распределения снеговой нагрузки и выбрать нужное число исходя из района строительства.

Угол наклона кровли

Угол наклона кровли достаточно легко рассчитать, зная геометрию и имея под рукой инженерный калькулятор или стандартный калькулятор на персональном компьютере.

Если разделить высоту подъема кровли на расстояние от конька до карниза в плане, получается уклон кровли в долях или тангенс угла наклона. Для того чтобы вычислить угол, достаточно лишь найти арктангенс.

Если использование инженерного калькулятора вызывает затруднения, арктангенс можно найти с помощью калькулятора онлайн.

Расчёт шага стропил

Шаг стропил мансардной кровли следует выбирать из соображений удобства монтажа утеплителя. Маты обычно имеют ширину 60 сантиметров, поэтому шаг стропил стоит выбирать так, чтобы расстояние между ними в чистоте составляло 58 или 118 сантиметров. Два сантиметра позволят установить плиты утеплителя очень плотно, что позволит ему держаться между стропилами и улучшит теплоизоляцию.

Длина стропильной ноги

Длину ноги легко вычислить по формуле:
L / cosα ,
здесь L – это расстояние от конька крыши до внутренней поверхности наружной стены в плане, а cosα – это косинус угла наклона кровли. При жёстком креплении нужно прибавить величину врубки.

Сечение стропильной ноги

Сечение стропильной ноги нужно подбирать кратным размеру досок и бруса.

Пример простого расчёта сечения стропильной ноги:

1. находим нагрузку на 1 погонный метр стропила.
   q = (1.1*масса 1 м.кв. кровли*cosα + 1.4*нормативная снеговая нагрузка* cosα2)* шаг стропил;
2. находим W .
   W = q*1,25*полёт стропил/130;
3. решаем уравнение:
   W = b*h2/6.
   В этом уравнении b – ширина сечения стропильной ноги, а h–высота.

Для решения нужно задаться шириной и найти высоту, решив простое квадратное уравнение. Ширину можно назначать 5 см, 7.5 см, 10 см, 15 см. При небольших пролётах ширина 15 см нецелесообразна.

Для расчета стропильных систем существуют всевозможные таблицы, программы, онлайн калькуляторы.

Основные элементы кровли

Основными элементами двускатной, как и любой другой стропильной кровли, являются:

Стропильная крыша с мансардой

Чтобы полностью использовать пространство под крышей можно спроектировать мансарду.

Мансардный этаж – это этаж в чердачном пространстве. Фасад мансарды полностью или частично образуется поверхностями крыши. Согласно нормативным документам, чтобы помещение считалось мансардой, линия пересечения плоскости крыши и наружной стены не должна находиться выше, чем 1.5 м от уровня пола. Если это требование не выполнено, пространство будет считаться обычным этажом.

Кровля мансардного этажа отличается от кровли чердачного наличием в своей конструкции утеплителя. Чаще всего для утепления мансардной крыши используются минераловатные плиты.

Освещение мансардного пространства может осуществляться тремя способами:

1. оконные проёмы во фронтонах;
2. слуховые окна;
3. мансардные окна.

Слуховое окно – это оконная конструкция, которая имеет каркас, монтируемый одновременно со стропильной системой. Этот каркас выполняется из дерева. Слуховое окно имеет собственную маленькую крышу, которая может быть двускатной или цилиндрической. Сам стеклопакет устанавливается вертикально.

Мансардное окно – это окно, специально предназначенное для использования на стропильной кровле. Оно устанавливается в плоскость ската в наклонное положение. Мансардное окно должно выдерживать расчётную снеговую нагрузку. Лучше не использовать такой тип окон в кровлях с небольшим уклоном.

Выбор материала кровли

После того, как определен внешний вид кровли, можно приступить к выбору материала. Существует несколько видов современных покрытий. В списке, приведённом ниже, варианты материалов приведены в порядке убывания средней рыночной стоимости.

1. Керамическая черепица.
   Керамика, как материал кровли, имеет долгую историю. Керамическая крыша надёжна и долговечна. Минусами этого материала является цена и большая масса. Под кровлю из керамической черепицы придётся устраивать усиленную стропильную систему и обрешётку;
2. Цементно-песчаная черепица.
   Обладает практически всеми характеристиками керамической, но стоит чуть меньше;
3. Гибкая битумная черепица .
   Обладает хорошими звукоизоляционными характеристиками. Благодаря шероховатой поверхности черепица способна не давать снегу съезжать с крыши. Требует сплошной обрешётки, обычно используется слой влагостойкой фанеры. Нельзя использовать на кровлях с большими уклонами;
4. Металлическая черепица.
   По сравнению с предыдущими покрытиями, обладает меньшим весом. Легко монтируется. Минусом металлической кровли является то, что во время дождя она может быть слишком шумной.
5. Фальцевая кровля .
   Самый привлекательный вариант в плане стоимости. Требует специальной квалификации при монтаже, так как непрофессионалу будет сложно качественно выполнить соединения. Монтаж более трудоёмкий, чем у металлической и гибкой черепицы. Такая же «шумная», как и металлическая черепица.

Материал кровли полностью зависит от желаний и возможностей заказчика. Исключение составляют кровли со слишком большим или слишком маленьким уклоном, так как все материалы имеют ограничения по углу наклона ската.

Виды стропильных систем

Конструктивные системы стропильной кровли могут быть трёх видов:

1. Наслонные стропила .
   Стропила опираются по двум сторонам. Снизу – на мауэрлат, сверху – на ригель. В качестве промежуточных опор могут использоваться стойки и подкосы. Чаще всего используются в зданиях с небольшим расстоянием между торцами или при возможности поставить стойки или стену посередине мансарды.
   При больших пролётах стропил (больших расстояниях между продольными стенами) могут дополнительно использоваться стойки, подкосы или затяжки.
   Наслонные стропила просты в расчётах.
   Обычно самым мощным элементом такой системы является ригель, который несёт на себе половину нагрузки от всей конструкции кровли.
2. Висячие стропила.
   При отсутствии возможности использования ригеля в качестве верхней опоры, разумно использовать эту стропильную систему.
   Висячие стропила опираются только на мауэрлат, а в верхней точке соединяются между собой с помощью накладки.
   Эта стропильная система работает под нагрузкой как ферма. Наибольшее давление приходится на наружные стены. Возникает горизонтальная сила – распор, которая может привести к смещению стен. В конструкции висячих стропил распорное усилие воспринимает затяжка, которая стягивает стропильные ноги и не даёт им разъезжаться.
   Висячие стропила классифицируются в зависимости от месторасположения затяжки:
   1) Треугольная трёхшарнирная арка.
   Затяжка и стропила образуют треугольник. Затяжка располагается в уровне перекрытия;
   2) Треугольная трёхшарнирная арка с подвесом.
   При большом пролёте стропил затяжка может не пройти по требованиям прогиба. Чтобы предотвратить её провисание, затяжку подвешивают к коньку. Но при такой системе, так же, как и при системе наслонных стропил, посередине мансарды образуется ряд стоек;
   3) Треугольная трёхшарнирная арка с приподнятой затяжкой.
   Затяжка располагается чаще всего в уровне потолка мансардного помещения. Такая схема менее выгодна с точки зрения работы конструкции. Чем выше расположена затяжка, тем больший распор она воспринимает.
   Висячие стропила должны рассматриваться как треугольная ферма, что усложняет расчёт.
3. Комбинированные стропила.
   К комбинированной системе можно отнести распорные наслонные стропила. Они нуждаются как в установке ригеля, так и в затяжке. В отличие от предыдущих вариантов, в которых стропила к мауэрлату крепятся шарнирно, здесь стропильная нога крепится жёстко, поэтому в системе возникает распор. Для такой системы мауэрлат должен быть надёжно прикреплен к стене, а сама стена быть прочной и толстой. Отличным вариантом стане выполнение по периметру железобетонного пояса.

Монтаж стропильной системы

Монтаж происходит в следующем порядке:

1. укладка мауэрлата;
2. установка ригеля (если он есть);
3. раскладка стропил;
4. утепление (если есть);
5. обрешётка;
6. кровельный материал.

Прикрепление стропильной ноги к мауэрлату может быть жёстким и шарнирным.

Шарнирное закрепление

Даёт возможность компенсировать расширение древесины под действием влажности и перепадов температуры.

Крепление может осуществляться несколькими способами:

1. с помощью специального крепежа, металлической «салазки»;
2. с помощью крепёжной пластины;
3. на стропильной ноге выполняется запил. Место стыка стропильной ноги и мауэрлата фиксируется с помощью гвоздей.

Жёсткое закрепление

Стропило крепится к мауэрлату врубкой и надёжно фиксируется гвоздями, забитыми под углом по отношению друг к другу. Один гвоздь вбивается вертикально поверхности мауэрлата. Такое соединение исключает смещение в любой плоскости.

Двускатная стропильная система имеет неоспоримые преимущества. Её можно спроектировать и смонтировать самостоятельно, нужно лишь ответственно отнестись к этому вопросу и продумать всё до мелочей.

Стропила являются основой любой крыши. На них ложится основная нагрузка, связанная с весом кровли, ветровым и снеговым давлением. Для длительной и безаварийной эксплуатации крыши важно произвести точные расчёты этих нагрузок, определить прочностные характеристики стропил, их сечение, длину, количество, а также объём материала, необходимого на обустройство кровельного каркаса. Все эти расчёты можно сделать самостоятельно.

Расчёт стропил при помощи онлайн-программ

Сделать расчёт стропил при помощи онлайн-калькулятора проще всего. Вы задаёте исходные данные, а программа просчитывает нужные параметры. Существующие программы различны по своим функциональным возможностям. Ряд из них имеет комплексный характер и вычисляют множество параметров стропильной системы, другие гораздо проще и предполагают просчёт одного-двух показателей. Среди комплексных сервисов следует выделить серию стройкалькуляторов Stroy-calc для расчёта параметров стропил крыш с одним, двумя скатами, мансардой и вальмами.

Калькулятор Stroy-calc используется для расчёта параметров стропил крыш с одним, двумя скатами, мансардой и вальмами

Программа также учитывает кровельный материал, т. е. вместе с расчётом стропильной системы можно получить данные о необходимом количестве финишного покрытия из:

• керамической черепицы;
• цементно-песчаной черепицы;
• битумной черепицы;
• металлочерепицы;
• шифера (асбестоцементных плит);
• стальной фальцевой кровли;
• битумного шифера.

С целью получения требуемого результата вводится следующая информация:

• характеристики крыши: кровельный материал, ширина основания, длина основания, высота подъёма, длина свеса;
• характеристики стропил: шаг стропил, сорт древесины для стропил;
• характеристики обрешётки: ширина, толщина доски, расстояние между рядами;
• снеговая нагрузка на стропила: выбор региона снеговой нагрузки по карте.

В программе имеются рисунки типов крыш, на которых в графической форме показаны параметры ввода данных. В качестве результата выводится информация по:

• крыше - угол наклона, площадь поверхности, примерный вес кровельного материала;
• стропилам - длина, минимальное сечение, количество, объём бруса для стропил, их примерный вес, раскладка (чертёж);
• обрешётке - количество рядов, расстояние между досками, количество досок, их объём, примерный вес.

Онлайн-калькуляторы, конечно, не могут учесть особенностей конструкции стропил во всех ситуациях. Для получения точных данных по конкретному варианту крыши необходимо делать все расчёты вручную. Предлагаем вам методики вычисления нагрузок на стропила (снеговой, ветровой, кровельного пирога), а также определения параметров стропил (сечения, длины, количества, шага). На основе этих данных можно будет также посчитать количество древесины, необходимой для обустройства стропильной системы.

Расчёт нагрузки на стропила

Стропила держат кровлю. Поэтому на них передаются нагрузки как от внешних природных факторов, так и от веса кровельного пирога (обрешётки, утеплителя, гидро- и пароизоляции). Основные внешние нагрузки связаны с воздействием снега и ветра.

Снеговая нагрузка

Снеговая нагрузка определяется по формуле: S =μ ∙ S g , где:

• S - искомое значение нагрузки;
• μ - коэффициент, определяемый уклоном крыши (чем больше уклон, тем меньше этот коэффициент, так как снег будет сходить, поэтому его давление будет меньше);
• S g - норма давления снега в конкретном районе страны (кг/м 2), вычисляемая по результатам многолетних наблюдений.

Угол наклона крыши вычисляется из его основного треугольника

Для определения коэффициента μ необходимо знать угол наклона ската. Часто бывает так, что задана ширина и высота крыши, а угол наклона неизвестен. В этом случае его нужно вычислить по формуле tg α = H/L, где H - высота конька, L - половина ширины здания (по фронтонной стороне), tg α - тангенс искомого угла. Далее значение самого угла берётся из специальных таблиц.

Таблица: значение угла наклона ската по его тангенсу

Предположим, что дом имеет ширину 8 м и высоту в коньке 2,32 м. Тогда tg α = 2,32/4 = 0,58. По таблице находим, что α = 30 o .

Коэффициент μ определяется по следующей методике:

• при углах уклона ската до 25 о μ = 1;
• для углов от 25 до 60 о μ = 0,7;
• для более крутых скатов μ = 0, т. е. снеговая нагрузка не учитывается.

Таким образом, для рассматриваемого строения μ = 0,7. Значение S g выбирается исходя из расположения региона, в котором ведётся строительство, на карте снеговых нагрузок.

Карта снеговых нагрузок позволяет определить давление снега на кровлю в различных районах России

Определив на карте номер региона, величину нормативной снеговой нагрузки можно найти по соответствующей таблице.

Таблица: нормативная снеговая нагрузка по регионам

Предположим, что наш дом находится в Московской области. Это третий район по снеговой нагрузке. S g здесь равно 180 кг/м 2 . Тогда полная снеговая нагрузка на кровлю дома составит S = 0,7 ∙ 180 = 126 кг/м 2 .

Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка зависит от района страны, где построен дом, высоты дома, характеристик местности и уклона крыши. Она считается по формуле: W m = W о ∙ К ∙ С, где:

• W о - нормативное значение ветрового давления;
• К - коэффициент, учитывающий изменение давления ветра на высоте;
• С - аэродинамический коэффициент, учитывающий форму крыши (с пологими или крутыми склонами).

Нормативное значение давления ветра определяем по карте ветровых нагрузок.

Карта ветровых нагрузок позволяет определить давление ветра на кровлю в различных районах России

Таблица: нормативная ветровая нагрузка по регионам

По уровню ветровых нагрузок Московская область находится в первой зоне. Поэтому нормативное значение ветрового давления W о для нашего случая равно 32 кг/м 2 .

Значение К определяем по специальной таблице. Чем выше дом и чем на более открытой местности он построен, тем больше величина К.

Таблица: коэффициент, учитывающий ветровое давление на высоте

Возьмём среднюю высоту дома - от 5 до 10 м, а местность будем считать закрытой (этот тип соответствует большинству территорий, где производится загородное строительство). Значит, коэффициент K в нашем случае будет равен 0,65.

Аэродинамический коэффициент может колебаться от -1,8 до 0,8. Отрицательный коэффициент означает, что ветер старается приподнять крышу (обычно с пологими склонами), положительный - опрокинуть (с крутыми склонами). Для надёжности возьмём максимальное значение этого коэффициента, равное 0,8.

Ветер различным образом воздействует на крыши с крутыми и пологими скатами

Таким образом, общая ветровая нагрузка на рассматриваемый нами дом будет равна W m = 32 ∙ 0,65 ∙ 0,8 = 16,6 кг/м 2 .

Вес кровельного пирога

Общий вес квадратного метра кровельного пирога будет равен сумме удельных весов всех составляющих его элементов:

• обрешётки из хвойных пород дерева (8 – 12 кг);
• кровельного покрытия (для примера берём профнастил - 5 кг);
• гидроизоляции из полимерной мембраны (1,4 – 2,0 кг);
• пароизоляции, сделанной из армированной плёнки (0,9 – 1,2 кг);
• утеплителя (минеральная вата - 10 кг).

Вес других видов кровельного покрытия можно определить по специальной таблице.

Таблица: вес кровельного покрытия различных типов

Для большей надёжности берём максимальные значения веса компонентов кровельного пирога: P = 12 + 5 + 2 + 1,2 + 10 = 30,2 кг/м 2 . Добавляем запас в 10% на случай устройства каких-либо дополнительных конструкций или нестандартных видов покрытия: P = 30,2 ∙ 1,1=33,2 кг/м 2 .

Суммарная нагрузка на стропила

Общая нагрузка на стропила считается по формуле: Q = S+W m +P, где:

Напомним, что расчёт проводится для Московской области, кровельное покрытие - профнастил, угол наклона кровли - 30 о: Q = 126 + 16,6 + 33,2 = 175,8 кг/м 2 . Таким образом, общая нагрузка на один квадратный метр стропил равна 175,8 кг. Если площадь крыши равна 100 м 2 , то суммарная нагрузка равна 17580 кг.

Ошибочным является мнение, что снижение веса кровельного покрытия существенно снижает нагрузку на стропила. Возьмём в качестве покрытия цементно-песчаную черепицу (50 кг/м 2). Тогда вес кровли увеличится на 45 кг/м 2 и будет составлять не 33,2, а 76,4 кг/м 2 . В этом случае Q = 126 + 16,6 + 76,4 = 219 кг/м 2 . Получается, что при увеличении массы кровельного покрытия в 10 раз (с 5 до 50 кг/м 2) общая нагрузка выросла всего на 25%, что можно признать не столь существенным увеличением.

Расчёт параметров стропил

Зная величину нагрузок на кровлю, мы можем рассчитать конкретные параметры материала, необходимого для монтажа стропильной системы: сечение, длину, количество и шаг.

Подбор поперечного сечения стропил

Сечение стропил считается по формуле: H = K c ∙ L max ∙ √Q r /(B ∙ R изг), где:

• K c - коэффициент, равный 8,6 при угле наклона меньше 30 о, и 9,5 при большем уклоне;
• L max - самый большой пролёт стропила;
• В - толщина сечения стропила в метрах;
• R изг - сопротивление материала на изгиб (кг/см 2).

Смысл формулы заключается в том, что необходимый размер сечения увеличивается вместе с увеличением самого большого пролёта стропила и нагрузки на его погонный метр и уменьшается при увеличении толщины стропила и сопротивления древесины на изгиб.

Рассчитаем все элементы этой формулы. Прежде всего, определим нагрузку на погонный метр стропила. Делается это по формуле: Q r = А ∙ Q, где:

• Q r - рассчитываемая величина;
• А - расстояние между стропилами в метрах;

Логика расчёта достаточно проста: чем реже расположены стропила и чем их меньше, тем больше будет нагрузка на погонный метр.

Мы уже вычислили суммарную нагрузку на 1 квадратный метр стропил. Она равна для нашего примера 175,8 кг/м 2 . Предположим, что А = 0,6 м. Тогда Q r = 0,6 ∙ 175,8 = 105,5 кг/м. Эта величина потребуется для дальнейших расчётов.

Теперь определим ширину сечения пиломатериала по ГОСТ 24454–80 «Пиломатериалы хвойных пород». Смотрим, на какие сечения пилится древесина - это стандартные значения.

Таблица: определение нормативных значений ширины доски в зависимости от её толщины

Определимся с толщиной доски (В). Пусть она будет соответствовать наиболее употребимому обрезному пиломатериалу - 50 мм или 0,05 м.

Далее нам необходимо знать самый большой пролёт стропила (L max). Для этого надо обратиться к проекту и найти чертёж стропильной фермы, где будут указаны все её размеры. Примем в нашем случае L max равным 2,7 м.

Величина самого большого пролёта стропила (Lmax) является важной составляющей для вычисления его сечения и определяется по чертежу стропильной фермы

Величина сопротивления материала на изгиб (R изг) зависит от сорта древесины. Для первого сорта она составляет 140 кг/см 2 , второго - 130 кг/см 2 , третьего - 85 кг/см 2 . Возьмём значение для второго сорта: оно не очень отличается от первого, но второй сорт древесины дешевле.

Подставляем все полученные значения в вышеприведённую формулу и получаем H = 9,5 ∙ 2,7 ∙ √ (105,5)/(0,05х130) = 103,4 мм. При толщине стропила 50 мм нет стандартного значения ширины 103,4 мм, поэтому берём ближайшее к нему большее значение из приведённой выше таблицы. Это будет 125 мм. Таким образом, достаточное сечение пиломатериала при шаге стропил 0,6 м, максимальном пролёте 2,7 м и кровельной нагрузке 175,8 кг/м 2 равно 50х125 мм.

• мауэрлат - 100х100, 100х150, 150х150;
• стропильные ноги и ендовы - 100х200;
• ригели - 100х150, 100х200;
• стойки - 100х100, 150х150.

Это сечения с запасом. Если же вы хотите сэкономить материал, то можете пользоваться приведённой выше методикой.

Видео: расчёт нагрузок на стропила и их сечении

Длина стропил

При изготовлении стропил кроме сечения важна также их длина. Она зависит, в частности, от того, с каким уклоном будет строиться крыша. Угол наклона крыши обычно варьируется между 20 и 45 о, однако различается в зависимости от применяемого кровельного материала, так как не всякий кровельный материал можно применять с крышей любого уклона.

Влияние типа кровельного материала на угол уклона крыши

Допустимые углы уклона крыши для кровельных материалов:

• рулонные покрытия - плоские и малоуклонные крыши (до 22 о);
• битумная кровля и фальцованные металлические листы - любой уклон;
• волокнисто-цементные листы, профнастил - от 4,5 о;
• металлочерепица, битумная, керамическая черепица, сланец - от 22 о;
• высокопрофильная штучная черепица, шифер - от 25 о.

Допустимые углы наклона крыши определяются используемым кровельным материалом

Несмотря на то, что допустимые углы уклона крыши могут быть весьма невелики, всё же для снижения снеговой нагрузки рекомендуем делать их большими. Для профнастила они могут составлять от 20 о, металлочерепицы - 25 о, шифера - 35 о, фальцевой кровли - 18 – 35 о.

Длина стропил разных типов крыш считается по-разному. Покажем, как это делается для односкатной и двускатной крыши.

Расчёт длины стропил односкатной крыш

Длина стропильной ноги считается по формуле L c = L bc /sin А, где L bc - величина, на которую нужно поднять стену, а А - угол уклона крыши. Для понимания смысла формулы вычисления L c напомним, что синус угла прямоугольного треугольника равен отношению противоположного катета к гипотенузе. Таким образом, sin A = L bc /L c . Величину L bc можно вычислить, применив формулу: L bc = L cд ∙ tg А, где L cд - длина стены дома.

Все формулы для расчёта стропильной системы односкатной крыши берутся из прямоугольного треугольника, являющегося проекцией подкровельного пространства на фронтон

Найти величины tg А и sin А легче всего по таблице.

Таблица: определение значений тригонометрических функций по углу уклона крыши

Рассмотрим пример.

1. Возьмём длину стены дома, равную 6 м, и угол наклона кровли в 30 о.
2. Тогда высота поднятия стены L bc = 6 ∙ tg 30 о = 6 ∙ 0,58 = 3,48 м.
3. Длина стропильной ноги L c = 3,48 / sin 30 о = 3,48 / 0,5 = 6,96 м.

Расчёт длины стропил двускатной крыши

Двускатную крышу можно представить в виде равнобедренного треугольника, образованного двумя скатами и поперечной потолочной балкой.

Графическое представление двускатной крыши в виде равнобедренного треугольника позволяет определить длину стропильной ноги двумя разными способами

Длину стропильной ноги (a) можно определить двумя разными способами.

1. Если известны ширина дома b и угол наклона крыши A. Тогда а = b/ (2 ∙ cos А). Допустим, что ширина дома равна 8 м, а угол А - 35 о. Тогда a = 8 /(2 ∙ сos 35 o) = 8/(2 ∙ 0,82) = 4,88. Добавляем на свесы 0,5 м и получаем длину стропильной ноги, равную 5,38 м.
2. Если известны ширина крыши b и её высота в коньке h. В этом случае a = √b 2 + h 2 . Предположим, что высота конька равна 2,79 м. Тогда a = √4 2 +2,79 2 = √16 + 7,78 =√23,78 = 4,88. Добавляем 0,5 м на свес и в результате имеем те же 5,38 м.

Нужно иметь в виду, что стандартная длина древесных пиломатериалов составляет 6 метров. При большей длине их необходимо будет либо сращивать, либо делать спецзаказ, что, естественно, будет дороже.

Видео: расчёт стропил

Расчёт шага стропил

Шаг - это расстояние между смежными стропилами. Он определяет, сколько стропил нам понадобиться для крыши. Величину шага обычно задают равной от 60 см до 1 м. Для вычисления конкретной величины шага необходимо:

1. Выбрать ориентировочный шаг.
2. Определить длину ската. Обычно эта величина задаётся проектом.
3. Разделить длину ската на ориентировочно выбранный размер шага. Если получилось дробное число, то результат округляется в большую сторону и добавляется 1 (эта корректировка нужна потому, что по обеим границам ската обязательно должны находиться стропила).
4. Длину ската разделить на число, полученное в предыдущем пункте.

Для наглядности покажем ход вычисления на конкретном примере.

Предположим, что ориентировочный шаг равен 1 м, а длина ската - 12 м.

1. Делим длину ската на ориентировочно выбранный размер шага: 12 / 1 = 12.
2. К полученному числу добавляем 1, получаем 13.
3. Делим длину ската на полученное число: 12 / 13 = 0,92 м.

Необходимо понимать, что полученное значение является расстоянием между центрами стропильных лаг.

Шаг между стропилами можно также определить из таблицы по заданному поперечному сечению и длине стропильной ноги.

Таблица: расчёт шага стропил в зависимости от длины стропильной ноги и сечения бруса

По этой же таблице можно определить допустимое сечение стропила, зная величину шага и его длину. Так, при шаге в 0,9 м и длине 5 м получаем сечение 75х175 мм.

При толщине бруса стропильных ног больше обычной расстояние между стропилами также можно сделать больше.

Таблица: расчёт шага стропил из толстых брусьев и брёвен

Расчёт количества стропил

1. В зависимости от нагрузки на стропильную систему выбираем сечение стропильной ноги.
2. Вычисляем длину стропила.
3. По таблице выбираем шаг стропил.
4. Ширину крыши делим на шаг стропил и получаем их количество.

Для примера рассчитаем количество стропил для двускатной крыши шириной 10 м при длине стропильной ноги 4 м и её сечении 50х150 мм.

1. Задаём шаг, равный 0,6 м.
2. Делим 10 м на 0,6 м, получаем 16,6.
3. Добавляем одно стропило на край крыши и округляем в большую сторону. Получаем 18 стропил на один скат.

Расчёт количества древесины, необходимой для изготовления стропил

Для устройства стропил чаще всего применяют хвойные породы дерева. Зная, сколько стропил требуется на крышу и какой объём древесины содержится в одном брусе, вычислим необходимый объём древесины. Предположим, что мы произвели полный расчёт стропильной системы и получили, что необходимо 18 единиц бруса размером 150х150 мм. Далее смотрим таблицу.

Таблица: количество бруса в кубическом метре пиломатериалов

Объём одного бруса 150 х 150 мм составляет 0,135 м 3 . Значит, объём пиломатериала для 18 стропил составит 0,135 м 3 ∙ 18 = 2,43 м 3 .

Видео: расчёт материала для стропил двускатной крыши

Приветствую вас! Зовут меня Михаил. Мне 59 лет. Образование - высшее. Работаю продавцом - консультантом в компании по изготовлению и установке металлопластиковых конструкций. Люблю свою работу и надеюсь, что мой опыт и знания будут вам интересны.

Возведение крыши собственными силами – задача вполне реальная. Конечно, для этого необходим определенный объем знаний, и в первую очередь это касается стропильной системы – основного элемента крыши, который воспринимает и противостоит всем типам нагрузок.

Стропильная система фактически обеспечивает жесткость конструкции кровли, поскольку распределяет нагрузку от обрешетки с уложенным материалом для кровли на внешние и внутренние опоры. Поэтому от того, как рассчитать стропильную систему, зависит надежность крыши, ее способность противостоять всем воздействиям.

Как правильно рассчитать стропильную систему

Расчет элементов стропильной системы выполняют для того, чтобы определить оптимальные параметры конструкции, которые обеспечивают ее способность выдерживать воздействие от совокупного веса кровли, в том числе покрытия и теплоизоляции, в условиях максимального воздействия внешних нагрузок, ветровых и снеговых. В связи с этим закономерно встает вопрос, как рассчитать стропильную систему на суммарное воздействие возможных нагрузок. К примеру, вес покрытия, внутренней отделки потолков, града, ветра, гололеда на кровле в период и т. д. В расчетах используют коэффициенты надежности, скажем, 1,1 и 1,4. Первый увеличивает прочность рассчитанной кровли на 10%, а второй – на 40%.

Как правило, расчетная схема, которую принимают при расчетах – «идеализированная». Считается, что крыша находится под воздействием равномерно распределенной нагрузки, т. е. испытывает одинаковую и ровную силу, которая равномерно воздействует на все скаты. На самом деле такая картина практически не встречается. Например, когда ветер наметает на какой-то скат снеговые мешки, то он одновременно сдувает его с другого. Сила воздействия на скатах, таким образом, оказывается неравномерной.

Нагрузки на стропила

Стропила испытывают два вида воздействия – временные и постоянные. Ко вторым относится вес элементов крыши, включая кровлю, обрешетку, прогоны и стропила. Ко вторым – снег и ветер. К временным – относят также полезную, если таковая имеется.

Снеговая

Этот тип воздействия может представлять серьезную опасность для надежности конструкции, поскольку большие объемы скопившегося на крыше снега оказывают на нее существенное воздействие. Величина нагрузки снега определяется в горизонтальной проекции по формуле:

S=Sg * µ ,

• Sg – масса снегового покрова, приходящейся на единицу площади горизонтальной плоскости. Этот параметр зависит от места расположения строения.
• µ – это коэффициент, выражающий зависимость от угла наклона кровли. К примеру, для плоских крыш до 25⁰ – 1,0, для скатных с уклоном более 25 ⁰< α < 60⁰ – 0,7. При крутом уклоне, свыше 60°, снеговая нагрузка не учитывается.

Ветровая

Для подсчета средней ветровой нагрузки на данной высоте применяют следующую формулу:

W=W o х k ,

в которой

• W o – нормативное значение, его подбирают по таблице, согласно ветровому району;
• k – коэффициент зависимости давления ветра от высоты, он отличается в зависимости от местности, где осуществляется строительство:

Поправка на ветер в расчет стропил вносится только при уклоне кровли более 30°.

Выбор типа местности зависит от направления ветра, который применяют при расчете.

Как посчитать с учетом ветра и снега

Рассчитаем климатические нагрузки на примере Подмосковья, входящего в среднюю полосу РФ. Расчетные значения выбирают из СНиП 2.01.07-85*, а именно «Нагрузки и воздействия».

Допустим, уклон крыши составляет 22⁰. Это третий снеговой регион, для которого расчетная – 180 кг/м 2 , а µ=1,0, тогда 180 x 1,0 = 180 кг/м 2 . Для скатных кровель с коэффициентом µ=0,7 эта величина уменьшается до 126 кг/м 2 .

При образовании снегового мешка значение этого показателя может возрасти до 400-500 кг/м 2 .

Расчетная ветровая нагрузка для того же региона равна 32 кг/м 2 . Если предположить, что речь идет о 10-метровом доме, то величина воздействия ветра окажется равной 32 х 0,65 = 20,8 кг/м 2 .

Другие

• Нагрузку, создаваемую подкровельной конструкцией и самой кровлей рассчитывают согласно размерам сооружения и объему используемых материалов.
• Полезная учитывается для конструкций, «связанных» со стропильными фермами. К примеру, подвешенные к ним потолки, вентиляционные камеры или водяные баки, расположенные на фермах и т. д.

При проектировании крыши проводятся два типа расчетов:

• по прочности, который исключает повреждения стропильных ног;
• по деформации, который определяет максимальную степень прогиба такой балки. Так, расчет стропильной системы ломаной крыши должен учитывать, что прогиб стропил для такой конструкции не должен быть больше 0,004 длины участка, то есть, к примеру, максимальный прогиб 6-метровой балки достигает 2 см. На первый взгляд может показаться, что это не так уж и много, однако, если даже чуть превысить величину деформации, она станет зрительно заметна. А большие прогибы сделают крышу похожей на китайскую пагоду.

Расчет элементов

Конструкцию системы определяют с учетом следующих параметров:

• наклон крыши,
• величина перекрываемого пролета,
• сечение стропил и обрешетин,
• совокупная нагрузка от кровельного покрытия, ветра и снега,
• расстояние между стропилами, его оптимальное значение определяют методом предела, то есть того значения, по достижении которого, можно ожидать частичного или полного разрушения.

Срез (сечение) стропил подбирают, исходя из их длины и величины испытываемых нагрузок.

Значения, приведенные в данной таблице, конечно, не являются результатом полноценного расчета, они всего лишь рекомендованы к применению при проведении стропильных работ для простых конструкций.

Полноценный расчет системы возможен при достаточном багаже теоретических знаний, определенных навыков черчения и рисования. К счастью, задача проектирования сегодня значительно облегчена, благодаря удобным компьютерным программам, предназначенным специально для разработки проектов всевозможных строительных элементов. Они подходят не только профессионалам, но и частным пользователям.

Пример расчета при помощи программ

Шаг 1. Расчет нагрузок

На первом этапе в меню выбирают окно «Нагрузки» и вносят в ячейки таблиц голубого цвета необходимые изменения:

«Исходные данные»

• Изменяют уклон ската и шаг стропил на предполагаемые. Следующую строчку таблицы «Нагр. Кровли » заполняют данными из нижеприведенной таблицы.

• В следующую ячейку заносят сумму предварительно рассчитанных нагрузок от ветра и снега. Далее идет «Утепление (манс.) » – ячейку оставляют без изменений для теплого чердака или вписывают 0 – для холодного.
• Корректируют также значения в таблице «Обрешетка ».

Если заполненные данные корректны, в нижней части окна должно появиться сообщение «Несущая способность обрешетки обеспечена!». В противном случае потребуется изменить размеры обрешетки или расстояние между стропилами.

Шаг 2 Стропила с двумя опорами

На этом этапе работают с вкладкой «Строп. 1».

Начиная с этой вкладки, данные уже занесенные в таблицу будут подставляться программой в ячейки автоматически.

Какие правки выполняют на этом этапе?

• Вносят изменения в значение величины горизонтальной проекции стропила на схеме и приступают к заполнению таблицы «Расчет стропил ».
• Значение толщины стропила, которое вносят в ячейку «В (заданное) » должно быть больше указанного« Втр (устойч.) ».
• Ширина стропил, внесенная строчку «Принимаем Н », должна превышать значения, указанные в строчках «Нтр.,(прогиб) » и «Нтр.,(прочн.) ». Если все значения подставлены верно, то программа под схемой «запишет»: «Условие выполнено».

Строчка «Н, (по сорт-ту) » заполняется самой программа, но следует знать что менять данные можно и самому.

Шаг 3 Стропила с тремя опорами

Такие стропила рассчитывают на вкладке «Строп.2 » либо «Строп.3 ».

Какую выбрать зависит расположения промежуточной опоры. Вкладки отличаются по месту расположения средней стойки (опоры). В случае L/L1<2, иначе говоря, она находится правее середины стропила, пользуются «Строп.2 », в противном случае – «Строп.3 ». Стойка может располагаться точно посередине, тогда не принципиально, какую из них выбрать – результат будет тот же. С этими вкладками работают аналогично «Строп. 1 ».

Шаг 4 Стойка

Величину изгибающего момента стойки и вертикального воздействия на нее вносят (в тоннах) соответственно в ячейки «М=» и «N=». Надписи «Внецентр. обеспечено» и «Центральное обеспечено!» в центре означают допуск к следующему этапу.

Шаг 5 Балка

Балки перекрытия в то же время испытывают распределенную и сосредоточенную нагрузки.

«Распределенная»

• В ней отмечают пролет и шаг балок. В качестве «Нагр.(норм.) » и «Нагр.(расч.) » выбирают соответственно 350 кг/м² и 450 кг/м². Согласно СНиП это усредненные значения с достаточным запасом прочности. В них включены эксплуатационные нагрузки и вес перекрытий.
• В строке «В, заданная» отмечают имеющуюся ширину сечения, в «Н, прогиб » и «Н, прочность » – наименьшие высоты сечения, обеспечивающие допустимый прогиб, при которым балка не сломается. Высоту сечения выбирают, равной большей из них.
• Если в конструкции нет стоек с опорой на балки перекрытия, расчет заканчивают. В противном случае заполняют следующие таблицы: «Распред.+сосредоточ. » и «».

На практике работа с программой, как правило, затруднений не вызывает.

Для получения рекомендательных величин элементов конструкции можно использовать онлайн калькулятор стропильной системы, представленный ниже. Достаточно кликнуть по картинке, выбрать нужный раздел, и ввести данные крыши.