Вычисление сечения бруса

Чтобы строительная конструкция получилась прочной и надежной, необходимо внимательно подойти к ее расчетам. Для стропильной системы чаще всего применяется обычный деревянный брус, к выбору которого надо подойти с полной ответственностью, так как от этого зависит безопасность и целостность всего дома. Рассчитать сечение бруса лучше всего при помощи специальных программ, но такая работа вполне выполнима и при использовании ряда формул. Обязательно придется учесть ветровые и снеговые нагрузки в данном регионе, характеристики отделочных материалов и утеплителей.

Разновидности сечения бруса.

Что оказывает влияние на сечение стропил?

Чтобы установить прочную и надежную кровельную систему, сделать правильный выбор, необходимо внимание уделить тому, какой брус применяется для работы. Важно грамотно рассчитать стропильную систему, для которой основное значение имеет сечение. Именно от размера брусьев зависит то, смогут ли стропила выдерживать вес кровли.

При расчете учитываются следующие параметры:

Схема сечения стропил.

1. Общий вес всех используемых кровельных материалов.
2. Вес всей проектируемой внутренней отделки, включая мансарды и чердаки.
3. Все расчетные значения стропильных ног, балок.
4. Погодные воздействия, которые оказываются на кровлю.

Дополнительно учитываются:

• пролеты между отдельными стропилами;
• расчет сечения стропил;
• шаг монтируемых стропильных ног;
• форма стропильной фермы, особенности крепления стропил;
• нагрузки ветровые и снеговые;
• другие данные, которые могут оказывать влияние на расчет.

Чтобы провести расчеты, лучше всего воспользоваться специальными программами или обратиться к специалисту. Конечно, есть ряд формул, которые позволят выполнить вычисления и самостоятельно, но для возведения большой и сложной кровли лучше обращаться к профессионалам.

Требования к брусу

Чтобы система стропил получилась прочной и надежной, необходимо во время выбора бруса обращать внимание и на качество самого материала. Например, уровень влажности не должен быть больше 20%. Брусья должны быть обработаны специальным раствором, который защитит материал от гниения, повреждений насекомыми, открытого пламени.

Надо помнить, что на брус будут оказываться нагрузки. Они могут быть постоянными либо временными:

Таблица расчета нагрузки на брус.

1. Постоянные оказываются обычно собственным весом всей стропильной конструкции, используемой обрешетки, выбранного для облицовки кровельного материала, утеплителя. Такое значение вычисляется для каждого материала отдельно, после чего нагрузки суммируются.
2. Временные нагрузки разделяются на особые редкие, кратковременные, длительные. К числу особых можно отнести землетрясения. К кратковременным относятся ветровые, снеговые, вес людей, которые занимаются ремонтными и прочими работами на кровле. К длительным относятся все прочие типы нагрузок, которые действуют в течение определенного времени.

Снеговая нагрузка и ветровая

При расчете сечения бруса для стропил важно учесть снеговую нагрузку. Для каждого региона такое значение индивидуально. Для уточнения данных надо пользоваться специальными таблицами.

Для расчетов всех планируемых точных снеговых нагрузок пользуются такой формулой:

S=Sg*µ, где

1. Sg – это расчетное точное значение всей массы снега, которая приходится на каждый 1 м² грунтовой горизонтальной поверхности (нельзя путать с покрытием крыши).
2. µ – коэффициент перехода нагрузки на горизонтальную (или с уклоном) поверхность кровли. Этот коэффициент вычисляют с учетом уклона кровли, он может принимать такие значения:

• µ = 1, если скат имеет уклон в 25 градусов;
• µ = 0,7, если уклон ската равен 25-60 градусам.

Если же угол ската превышает 60 градусов, то коэффициент не учитывается, так как на сечение стропил он существенного влияния не оказывает.

Чтобы система стропил была рассчитана правильно, необходимо учитывать ветровые нагpузки, которые оказывают на конструкцию значительное влияние.

Схема снеговой нагрузки на стропила.

Нельзя недооценивать их, так как это может привести к плачевным последствиям. Чтобы узнать значение средней ветровой нагрузки на систему крыши, надо воспользоваться формулой, зависящей от показаний высоты (есть точные значения) над уровнем грунта:

W=Wo*k, где

• Wо – нормативное значение ветровой нагрузки, которое можно найти в специальных справочниках по региону;
• k – изменение для ветрового давления, которое зависит от высоты. Определяется по табличным данным.

Сама таблица в использовании не очень сложна, необходимо только помнить, что в первом столбце всегда указываются известные постоянные значения для пустынных регионов, лесостепей, степей, тундры, морских побережий, берегов водохранилищ, озер, рек. Во 2-м столбце указываются все известные значения для проведения расчетов, касающихся городских районов, местностей, где препятствия имеют высоты от 10 м. Важно во время расчетов использовать данные по направлению ветра, так как это может оказать сильное влияние на полученный результат.

Правила расчета сечения бруса

Сечение стропильной системы любого планируемого дома зависит от ряда параметров:

• длина одной стропильной ноги;
• шаг, с которым будет монтироваться стропильная система;
• расчетная величина показателей нагрузок, которая характерна для конкретного района строительства.

Для расчетов надо пользоваться специальными таблицами данных, которые содержат уже готовые значения. Например, для стропильной системы дома в Московской области применимы такие значения:

Схема ветровой нагрузки.

• для мауэрлата используются деревянные брусья, сечение которых будет равно 150*150 мм, 150 *100 мм, 100*100 мм;
• для стропильных ног, диагональных ендов применяются деревянные брусья с сечением в 200*100 мм;
• для прогонов подойдут изделия с сечением в 200*100 мм, 150*100 мм, 100*100 мм;
• для затяжки необходим брус, сечение которого составляет 150*50 м;
• для ригелей надо использовать брусья, сечение которых равняется 200*100 мм, 150*100 мм;
• для стоек применяются деревянные брусья с сечением в 150*150 мм, 100*100 мм;
• для карниза, кобылки, подкосов подойдут бруски с параметрами 150*50 мм;
• в качестве будущей лобовой доски и для подшивки используется деревянная доска, сечение ее составляет 22*100 мм.

Пример расчета сечения деревянного бруса

Пример расчета стропил для крыши дома показывает, какой именно материал и в каком количестве необходим, какое сечение должно использоваться. Исходные данные для расчета:

1. Расчетная используемая нагрузка для всей кровли составляет 317 кг/м².
2. Нормативная используемая нагрузка в данном используемом случае составляет 242 кг/м²;
3. Угол скатов равен 30 градусам. В горизонтальной планируемой проекции длина для одного пролета составляет 450 см, при этом L₁=300 см, а L₂ = 150 см.
4. Шаг всех монтируемых стропил составляет 80 см.

Схема креплений стропил.

Для крепежа ригелей будут использоваться болты, чтобы гвозди не ослабили материал. При этом для древесины второго сорта значение сопротивления составит 0,8 при ослабленном сечении используемого бруса: R_изг=0,8х130=104 кг/м².

Будущая нагрузка системы на каждый погонный метр стропил:

• Qр = 317 * 0,8 = 254 кг/м;
• Qн = 242 *0,8 = 194 кг/м.

Если уклон для крыши будет до 30 градусов, то стропильная система будет считаться изгибаемой. Максимальный момент такого изгибания составляет:

М = -qрх(L₁₃ + L₂₃) / 8х(L₁+L₂), то есть М = – 254 * (33+1,53) / 8 х (3+1,5) = – 215 кг/м.

Итоговое значение М = -21500 кг/см. Тут используемый знак «-» означает, что изгиб будет действовать в противоположную сторону от всей прикладываемой для работы нагрузки.

Дальше необходимо рассчитать момент сопротивления стропил силе изгиба:

W = 21500/104 = 207см³.

Чтобы сделать стропила, обычно применяют деревянные брусья прямоугольного сечения со значением ширины в 50 мм. Исходя из этого, можно получить высоту для стропил с учетом полученных данных по сопротивлению:

H = √(6х207/5) = 16 см.

Сечение стропил составляет b = 5 см, а планируемая высота h = 16 см. Сверяясь со стандартами, которые регламентируются ГОСТом, можно выбрать деревянный брус, который максимально соответствует полученным параметрам: 175*50 мм. Такое значение используется для пролета L₁ = 3 м. После этого надо рассчитать стропильную ногу на инерционный момент:

J = 5*17,53/12 = 2233 см³.

После этого можно получить значение для прогиба, что также регламентируется нормативами: F_нор = 300/200 = 1,5 см.

Теперь можно рассчитать прогиб для нормативных нагрузок:

F = 5*1,94*3004/384*100 000*2233, то есть получается значение F = 1 см.

При сверке со значениями данных нормативного прогиба видно, что полученное значение в 1 см меньше, чем нормативное в 1,5 см. Это свидетельствует о том, что сечение в 175*50 мм выбрано верно, такой материал можно использовать для сооружения стропильной системы кровли.

Чтобы стропильная используемая система кровли была прочной и надежной, способной выдержать все планируемые нагрузки, следует тщательно подойти к расчетам по сечению бруса, который и будет основным строительным материалом крыши. Для этого применяется ряд формул, во время расчетов необходимо пользоваться специальными справочниками с нормативными показателями. Требуется определить ветровые, снеговые нагрузки и другие важные показатели.