Полезные рекомендации по расчету сечения и других параметров стропил

Полезные рекомендации по расчету сечения и других параметров стропил

Для того чтобы стропильные фермы успешно объединились в единую надежную и прочную конструкцию, нужно составить грамотный проект и правильно выполнить все необходимые расчеты. И главнейшим параметром, которому нужно уделить особое внимание на подготовительном этапе, является сечение стропил. Чаще всего стропила представляют собой обыкновенный деревянный брус.

От правильности его выбора зависит целостность и безопасность не только кровли, а и всего строения в целом. Рассчитать сечение можно при помощи специальной программы, но лучше всего делать это вручную. Самостоятельный индивидуальный расчет исключает вероятность ошибки. В процессе расчета, помимо всего прочего, обязательно учитываются снеговые и ветровые нагрузки для рассматриваемого региона, особенности теплоизоляции и отделки.

Что нужно учитывать при выборе сечения материала для стропил?

Для того чтобы кровельная система была надежной и максимально прочной, нужно определить подходящее сечение стропил и непосредственно сам материал, используемый для работы. Сечение бруса является главным параметром стропильной системы. Именно от сечения стропил зависит, будет ли способна система выдержать вес кровельной конструкции.

В процессе расчета сечения стропил учитываются следующие моменты:

1. Суммарная масса кровельных материалов.
2. Общий вес планируемой внутренней отделки, в том числе чердачных и мансардных помещений.
3. Атмосферные воздействия на кровлю здания.

Схема расчета стропильной системы.

Для успешного самостоятельного расчета вам понадобится:

1. Измерительная рулетка.
2. Лист бумаги и карандаш или ручка для записей.
3. Калькулятор.

Дополнительно нужно учесть:

1. Пролеты.
2. Сечение бруса.
3. Шаг установки ног.
4. Форма стропильной фермы.
5. Снеговые нагрузки, а также значения ветровых нагрузок для рассматриваемого региона и прочие данные, влияющие на результаты расчета.

При желании вы можете поручить эту работу специалисту или использовать специальные программы. Но для большей точности и в целях экономии расчет лучше проводить самостоятельно. Понадобится всего несколько простых формул. Непосредственно сложность расчета и используемых формул зависит от сложности и размера кровли.

Основные требования к брусу для устройства стропильной системы

Помимо самого расчета стропил, нужно уделить должное внимание выбору бруса для обустройства системы. Материал должен быть хорошего качества. Максимально допустимый уровень влажности древесины составляет 20%. Брусья предварительно обрабатываются специальным раствором, обеспечивающим защиту деревянных конструкций от возгорания, гниения, порчи грызунами и насекомыми.

Карта снеговых нагрузок России.

На брус, используемый для обустройства стропильной системы, будут оказываться постоянные и периодические нагрузки. Под постоянными нагрузками нужно понимать вес стропильной конструкции, смонтированной обрешетки, облицовочного кровельного материала, теплоизоляционных и прочих материалов. Значения рассчитываются отдельно для каждого применяемого материала, а затем полученные результаты суммируются.

Временные нагрузки могут иметь разную периодичность и быть продолжительными, кратковременными и редкими. Также выделяют особые нагрузки, к примеру, землетрясения. Под кратковременными нужно понимать снеговые и ветровые нагрузки, вес людей, выполняющих работы на кровле и т.д. Продолжительными считаются любые нагрузки, которым подвергается конструкция в течение некоторого временного промежутка.

Учет ветровой и снеговой нагрузок в процессе расчета

При выполнении расчета стропил обязательно учитывается снеговая нагрузка. Она будет меняться в зависимости от региона расположения дома. Существуют специальные утвержденные таблицы, позволяющие подобрать конкретные данные для своего региона.

Сам расчет предполагаемых снеговых нагрузок выполняется по простой формуле, в соответствии с которой нужно умножить вес снега, приходящийся на 1 м² горизонтальной грунтовой поверхности, на специальный коэффициент, отражающий переход снеговой нагрузки на горизонтальную (либо с уклоном) кровельную поверхность. Для определения коэффициента нужно знать уклон кровли. Если уклон ската составляет 25 °, коэффициент принимается равным 1. В случае же уклона в 25-60 ° используется значение равное 0,7. Если же скат имеет уклон более 60 °, коэффициент учитывать не нужно, т.к. он не будет иметь существенного воздействия на сечение бруса.

Схема расчета нагрузки на стропила.

Для выполнения максимально правильного расчета стропил обязательно учитываются и ветровые нагрузки, которым подвергается дом. Недооценивать их нельзя. При недостаточной устойчивости конструкции последствия могут быть самыми неблагоприятными. Для определения средней ветровой нагрузки применяется специальная формула, в соответствии с которой нужно умножить нормативное значение ветровой нагрузки (берется из специальных таблиц для конкретного региона) на изменение ветрового давления, меняющееся с высотой над грунтом. Тоже определяется по таблице из справочника.

Таблицы весьма информативны и просты в использовании. Там вы сможете найти значения как для рек, морских побережий, тундры, степей и лесостепей, так и для городских местностей с препятствиями разной высоты.

В процессе расчетов также нужно обязательно учитывать информацию по направлению движения ветра, т.к. с его колебанием получаемый результат тоже может существенно изменяться.

Пошаговое руководство по расчету сечения стропил

При выполнении расчета стропил для кровли любого типа нужно учитывать такие параметры:

1. Длина отдельной ноги.
2. Шаг установки стропильных ног.
3. Всевозможные значимые атмосферные нагрузки для конкретно взятого региона.

Значения для расчета берутся из таблиц. К примеру, для Москвы и области актуальны такие показатели:

1. Сечение деревянных брусьев для устройства мауэрлата – 10х10 см, 15х10 см, 15х15 см.
2. Диагональные ендовы, стропильные ноги делаются из деревянных брусьев 20х10 см.
3. Сечение изделий для устройства прогонов можно выбрать из 10х10 см, 20х10 см, 15х10 см.
4. Сечение деревянного бруса для монтажа затяжки – 15х5 см.
5. Сечение изделий для ригелей – 15х10 см, 20х10 см.
6. Сечение брусков для стоек – 10х10 см, 15х15 см.
7. Сечение изделий для обустройства кобылки, карниза, подкосов – 15х5 см.
8. Для выполнения подшивки и лобовой доски – деревянная доска 2,2х10 см.

Пример расчета сечения стропил

Схема усиления стропильной балки.

В данном примере вы сможете увидеть, для какой крыши дома, какое количество материала и с какими характеристиками понадобится. Расчет будет вестись с использованием следующих исходных данных:

1. Суммарная расчетная нагрузка на всю кровлю – 317 кг/м2.
2. Нормативная нагрузка – 242 кг/м2.
3. Уклон скатов – 30 °. В горизонтальной проекции один пролет имеет длину 450 см, состоящую из участков длиной в 300 см и 150 см.
4. Стропила монтируются с шагом в 80 см.

Ригели крепятся при помощи болтов. Гвозди использовать нежелательно, т.к. они ослабляют материал. В случае с древесиной 2-го сорта сопротивление будет равняться 0,8. При ослабленном сечении сопротивление на изгиб составляет 104 кг/м².

Нагрузка системы рассчитывается на каждый метр погонных стропил. В рассматриваемой ситуации она составит 0,8х317=254 и 0,8х242=194 кг/м.

В случае если скат имеет угол не более 30 °, то система стропил относится к категории изгибаемых. В данном случае наибольший момент изгибания рассчитывается так: 254х(33+1,53)/8х(3+1,5)=-215 кг/м.

Используется значение в -21500 кг/м. В таком расчете знак «-» указывает на то, что изгиб действует в противоположном направлении от прикладываемой рабочей нагрузки.

Далее, вам нужно определить момент сопротивления на изгиб для стропил. Для этого разделите 21500 на 104. Получится, что сопротивление составит 207 см³.

Стропила чаще всего изготавливаются из деревянных брусков, имеющих сечение с шириной в 5 см. Для определения нужной высоты стропил с учетом расчетных данных по сопротивлению нужно сделать следующее: разделить 207 на 5, затем умножить полученные данные на 6 и извлечь из значения квадратный корень. Для данного примера результат расчета будет составлять 16 см.

Планируемая высота равняется 16 см, а сечение составляет 5 см. В соответствии с ГОСТом, максимально соответствующим этим параметрам нормативным значением является стропила с параметрами 17,5х5 см. Данное значение рассчитано для пролета длиной в 3 м.

Вам надо определить инерционный момент для стропильной ноги. В этом примере он рассчитывается так: 5х17,53/12. Нехитрые вычисления дадут значение в 2233 см³.

После этого рассчитайте значение для прогиба. Для этого примера нужно попросту разделить 300 на 200. Расчет покажет, что значение для прогиба равняется 1,5 см.

Определите прогиб для нормативных нагрузок. Результатом расчета для этого примера является 1. Сверившись с нормативной документацией, вы увидите, что рассчитанное значение в 1 см меньше нормативного, которое составляет 1,5 см. То есть сечение в 17,5х5 см подобрано правильно, и вы можете смело использовать данный материал для обустройства стропильной системы своей кровли.

Для того чтобы система стропил вашего дома была максимально надежной, прочной и спокойно переносила все предполагаемые нагрузки, нужно сделать правильный расчет сечения бруса, который и будет выполнять функцию основного строительного материала кровли. Расчет выполняется с применением ряда формул и требует использования специальных справочников с утвержденными нормативными показателями для конкретного региона. Должны быть рассчитаны снеговые нагрузки, ветровые нагрузки и прочие значимые показатели.

Расчет нагрузки на стропильную систему кровли

Для чего и каким образом необходимо производить расчет нагрузок на стропильную систему крыши мы поделимся с Вами в данной статье.

Стропильная система является основной несущей конструкцией крыши, состоящей, как правило, из «скелета» деревянных или металлических балок и элементов, находящихся в тесной и жесткой связке между собой. Поэтому, перед началом строительства крыши, необходимо произвести расчет конструкции с учетом всех возможных нагрузок, воздействующих на крышу дома в любое время года. Расчет по нагрузкам необходим для определения шага (расстояния между элементами)и сечения стропил для обеспечения требуемой жесткости и устойчивости всего стропильного каркаса. Как правило, типовое сечение стропил 50мм х 150мм (или 50мм х 200мм), шаг между стропильными ногами обычно колеблется в диапазоне от 0,6 до 1,1м.

На стропила воздействуют как постоянные, так и временные нагрузки.

К постоянным нагрузкам относятся:

• Вес самой стропильной системы;
• Вес кровли;
• Вес чернового настила, обрешетки/контробрешетки;
• Вес утеплителя (в случае жилой мансарды) и подкровельных пленок;

К временным нагрузкам относятся:

• Cнеговая нагрузка;
• Ветровая нагрузка;
• Вес людей, обслуживающих кровлю;

При расчете снеговых и ветровых нагрузок необходимо руководствоваться СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия». Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85* (карты районирования территории РФ по климатическим характеристикам, а также расчетные параметры).

Расчетное значение снеговой нагрузки определяется по формуле:

Sрасчетное = Sg * µ,

где Sg – расчётное значение веса снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли, принимаемое по таблице:

Снеговой район

µ — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Коэффициент µ зависит от угла наклона ската кровли:

• µ = 1 при углах наклона ската кровли меньше 25°
• µ = 0,7 при углах наклона ската кровли от 25° до 60°
• При углах наклона ската более 60° значение µ в расчете полной снеговой нагрузки не учитывают.

Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки на высоте «z» над поверхностью земли определяется по формуле:

где WO – нормативное значение ветровой нагрузки, принимаемое по таблице ветрового района РФ:

Ветровой район

k – коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, определяется по таблице, в зависимости от типа местности:

Высота здания в метрах

А

B

А – открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи и тундры.

B – городские территории, лесные массивы и др. местности, равномерно покрытые препятствиями более 10м.

*при определении ветровой нагрузки типы местности могут быть различными для разных расчетных направлений ветра.

Подбор сечений стропил и других элементов конструкции:

Сечение бруса, используемого для стропил, зависит от длины стропильного элемента, шага установки стропил и расчетной величины нагрузок для данного региона. В таблице ниже сведены значения, соответствующие возможным максимальным нагрузкам по г. Москве и М.О. Данные не заменяют полноценного расчета несущей способности стропильной системы, их можно рассматривать как рекомендательные для достаточно простых конструкций крыш, а также учитывая ассортимент пиломатериалов, которые выпускают предприятия РФ, согласно ГОСТ 24454-80.

Шаг установки стропил	Длина стропильного элемента (м)
	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0
600	40х150	40х175	50х150	50х150	50х175	50х200	50х200
900	50х150	50х175	50х200	75х175	75х175	75х200	75х200
1100	75х125	75х150	75х175	75х175	75х200	75х200	100х200
1400	75х150	75х175	75х200	75х200	75х200	100х200	100х200
1750	75х150	75х200	75х200	100х200	100х200	100х250	100х250
2150	100х150	100х175	100х200	100х200	100х250	100х250	—

После того, как будут определены все временные и постоянные нагрузки, производится расчет несущих элементов стропильной системы на прочность, устойчивость, деформации и другие параметры совместной работы всей конструкции вцелом, при этом обязательно учитываются коэффициенты надежности (коэффициенты запаса) по нагрузке.

Подобные расчеты основываются на сопромате и принятых расчетных схемах для каждого отдельного случая в отдельности и осуществляются инженерами-проектировщиками, специализирующихся на проектировании зданий и сооружений.

Напоследок хотелось бы отметить, что выбирая кровельный материал для своего загородного дома, например, между керамической черепицей и гибкой черепицей, следует учитывать совокупные нагрузки от конструкций в целом. Например, ввиду сравнительно легкого веса битумной черепицы она ошибочно кажется более легкой, нежели массивная керамическая. Ошибочно лишь потому, что для гибкой черепицы необходим сплошной настил (ОСП, ФСФ фанера или калиброванные доски), дополнительная учащенная обрешетка, дополнительная гидроизоляция и не только. Сравнивая в итоге общий вес кровельного пирога из керамической черепицы и гибкой черепицы можно сделать вывод, что разница в весе минимальна и практически не ощутима, распределяя общий вес от кровли на всю стропильную систему.

Расчет крыши дома — материала, покрытия

Крыша любого дома — основа его нормального функционирования.

Если крыша начнёт где-то протекать или она была сооружена неправильно, то результатом допущенных ошибок станет вынужденный ремонт всей кровли, а это — немалые физические и материальные затраты.

Поэтому перед началом возведения дома в обязательном порядке производится расчет крыши.

В расчет обязательным порядком включается и расход строительных материалов с вычислением прочности воздвигаемой конструкции.

Правильный расчет и монтаж — вот что важно при работах, связанных с обустройством кровли.

От правильного выбора и грамотного комплекса работ во многом зависит не только срок эксплуатации всего строения, но и теплоэффективность здания в целом.

Именно крыша дома является местом повышенных потерь тепла. Недостаточное утепление, ошибки в проектировке и монтаже способны привести к значительным расходам на обогрев.

И иенно для того, чтобы добиться максимального срока службы кровли, необходимо выполнить ряд мероприятий, связанных с предварительными расчетами и выбором соответствующих компонентов.

Проектирование

Любому строительству предшествует проектирование сооружения и расчет крыши дома — материала, покрытия.

От последнего напрямую зависит дальнейший ход кровельных работ.

Такой расчет выполняется на основе ряда вспомогательных данных, таких как различные размеры и габариты:

• Для расчета пиломатериала на крышу необходимы значения сечения балок и примерного веса всей конструкции крыши, включая материал покрытия.
• Чтобы рассчитать материал на крышу, должны быть известны ее размеры и размеры непосредственно материала.

Начинать расчёт крыши нужно с расчета системы стропил, то есть кровельной конструкции из древесины.

Она является силовым каркасом будущей крыши и представляет собой набор бревен или брусьев. Ей уделяется основное внимание в процессе строительства.

Расчет системы стропил предполагает сооружение такой системы, которая сможет противостоять различным погодным условиям, выполняя при этом все функции по удержанию крыши в рабочем состоянии.

Поскольку существуют различные типы крыш, то, и стропильные системы могут отличаться друг от друга.

Хотя вариантов обустройства крыши достаточно много: односкатная, двухскатная, плоская, с дополнительными элементами, — каждый из них накладывает определенные требования по монтажу и использованию соответствующих материалов.

Количество скатов необходимо учитывать при расчете прочности и нахождении наиболее подходящей толщины бревна или бруса, от чего, в свою очередь, зависит также и количество используемого материала.

То есть, расчет леса на крышу, в первую очередь, начинается с выбора типа материала.

Если система стропил изготовлена из брусьев, расчет можно произвести двумя способами:

• Когда сечение бруса известно, рассчитываются параметры укладки.
• Когда известны параметры монтажа брусьев, необходимо рассчитать сечение.

Кровельный материал

Исходя из общей площади обрешетки, выполняется расчет необходимого количества материалов.

Стоит отметить, что от точности расчетов будет во многом зависеть оперативность хода работ — нехватка того или иного необходимого компонента способна серьезно затормозить работу или остановить ее полностью.

Утеплитель

В зависимости от условий эксплуатации: сезонный или летний период, круглогодичное проживание, — выбирают и тип утеплителя.

Это связано с тем, что для утепления летнего дома значительное утепление кровли будет экономически необоснованным.

Напротив, капитальное строение, пригодное для постоянного проживания требует тщательного утепления не только чердака, но и стропильной системы. Это особенно важно при строительстве двухэтажных домов.

Приобретение материалов

Покупать материал для крыши лучше у крупных производителей, имеющих сертификаты качества и соответствия продукции нормам эксплуатации.

Приобретать кровельный материал стоит с некоторым запасом — это связано с тем, что во время монтажа зачастую возникает его повреждение.

Оптимальный выбор вида кровли и утеплителя, вкупе с грамотным проектированием стропильной системы, дают повышенные теплосберегающие характеристики, что особенно важно в условиях переменчивого климата.