Выполнение расчета стропил для крыши

Расчет стропил выполняется после выбора схемы расстановки, взаимного крепления ног в коньке, способа примыкания к мауэрлату. Это позволит на первом этапе определить направление усилий, передаваемых брусом/доской на стены. Самостоятельные вычисления сложны, требуют практики, знания геометрии, физики. Для удобства застройщиков, решивших сэкономить на изготовлении проекта стропильной системы, в интернете существуют бесплатные сервисы для примерных расчетов.

Устройство стропильной системы.

Безраспорные наслонные стропила

Строители применяют несколько вариантов фиксации наслонных стропил:

• врубка в мауэрлат с запилом либо крепление в опорный брус, горизонтальная скошенная врубка в коньке;
• ползун в нижней части, болтовое соединение в коньке с упором в прогон;
• нижний ползун в сочетании с жестким креплением верхней части.

Рисунок 1. Схема наслонных стропил.

Во всех указанных схемах расчет висячих стропил учитывает минимальный прогиб стропильной ноги, максимальный изгиб в опоре конька. Наслонные стропила являются самыми надежными. Даже если не производится расчет висячих стропил, запас прочности обеспечивается самой конструкцией.

Во всех вариантах один шарнир обеспечивает поворот стропильных ног, второй – поворот ферм с возможностью проскальзывания в опоре. Промышленность выпускает специальные узлы ползунов, облегчающие монтаж на высоте. Для расчета используют идеальную схему – на крышу приходится одинаковая снеговая, ветровая нагрузка (рис. 1).

На практике снег задерживается неравномерно на плоскостях скатов. Однако статическая устойчивость системы двускатной кровли будет сохраняться в каждом указанном случае, если выполнено основное условие – жесткая фиксация в коньке к прогону. Отсутствие смещения горизонтали в коньковом прогоне обеспечивается несколькими способами:

• обе стороны бруса крепятся к фронтонам вальмовой крыши;
• изготавливаются накосные стропила на крышу.

Схема расчета стропил.

Щипцовую крышу опереть на фронтоны не получится, поэтому возможно смещение в сторону ската с меньшей нагрузкой. Поэтому применяется горизонтальная схватка, выполняющая аварийную функцию – она не даст завалиться кровле при максимальном смещении конькового прогона. Этот элемент монтируют на высоте 1,7-2 м, соблюдая два условия:

• как можно ниже к мауэрлату;
• отсутствие препятствий при хождении по чердаку.

Перед тем как рассчитать стропила, необходимо определиться с наличием в системе конькового прогона. Этим элементом достигается отсутствие горизонтального смещения верхнего сопряжения скатов кровли. Поэтому если стойки для прогона мешают эксплуатации (вариант мансардного помещения), то необходим расчет стропил на статическую устойчивость.

Самостоятельный расчет стропильной системы

Расчеты для вальмовой крыши, двускатных конструкций с фронтонами являются самыми простыми. Устойчивость в этих схемах обеспечивается конструктивно, при монтаже схваток противоаварийный прочностной запас гарантирует максимальный эксплуатационный период.

Простейший расчет стропила с врубкой в мауэрлат, вертикальной подрезкой в коньке (рис. 2) выглядит следующим образом:

Рисунок 2. Простейший расчет стропила с врубкой в мауэрлат, вертикальной подрезкой в коньке.

• вычисляются нагрузки – к особым относятся ураганные ветры, к переменным – напор ветра, количество снежного покрова в регионе эксплуатации, к постоянным – вес кровельного пирога, стропильной системы;
• определяется длина стропильных ног – для этого необходимо определиться с материалами кровли, перекрытий;
• рассчитывается шаг стропил, при этом нужно учесть тип крыши, наличие труб, дымоходов;
• вычисляется сечение бруса – вместо него может использоваться доска или бревно.

На практике расчет стропил производят по таблицам СНиП для конструкционных, кровельных материалов, нагрузкам по регионам страны.

Вес кровельного пирога двускатной, шатровой, щипцовой, вальмовой крыши складывается послойно. Из таблиц берутся данные для веса квадратного метра материалов, цифры складываются, сумма умножается на коэффициент запаса прочности 1,1. Например, для ондулина с утеплителем, гидроизоляцией, периодической обрешеткой из дюймовой доски вес кровли составит:

15 кг (доска) + 10 кг (базальтовая вата) + 5 кг (гидроизоляция) + 3 кг (ондулин) = 33 кг х 1,1 = 34,1 км^2.

Специалисты рекомендуют для легких кровельных материалов брать нагрузку с запасом – 50 кг на единицу площади. Поскольку собственный вес бруса на этом этапе еще неизвестен, сечение выбирается в дальнейшем. С учетом поправочного коэффициента нагрузка составит 55 кг, чем и оперируют в дальнейших вычислениях.

Формулы для расчета кубатуры бруса на стропильную систему дома.

Стропила крыши в разных регионах выдерживают неодинаковые ветровые, снеговые нагрузки. Расчета стропила по снегу производится по формуле:

N₁=S×k, где k – коэффициент зависимости от уклона скатов, S – масса снега на квадрате участка в регионе эксплуатации.

Оба значения присутствуют в таблицах СНиП. Например, для уклона 25-60˚ коэффициент равен 0,7; углов 10-25˚ составляет 1. Для Подмосковья вес снежного покрова берется равным 180 кг. Поэтому для 30-градусных скатов нагрузка составит 180×0,7=126 кг.

Ветровая нагрузка вычисляется аналогично:

N₂=W×k, где k – коэффициент зависимости от высоты коттеджа, региона эксплуатации, W – ветровая норма местности.

Кроме того, учитывается тип местности в пятне застройки, поэтому для открытых пространств, побережий коэффициент всегда выше, чем для лесного массива, плотной застройки:

• высота 2-5 м – 0,75или 0,85 ед.;
• высота 5,1-10 м – 0,65 или 1 ед.;
• высота 10,1-20 м – 0,85 либо 1,25 ед.

Таблица коэффициентов для расчета элементов стропильной системы.

Таким образом, для подмосковного шале высотой 5 м с ветровой нагрузкой 23 кг/м² получится:

23×0,75=17,25 кг.

Длина стропильных ног определяется в зависимости от уклона скатов, местоположения конька. Она вычисляется по теореме Пифагора, в которой является гипотенузой треугольника. После определения этой величины из таблицы берется рекомендуемое сечение пиломатериала, которое выдержит все нагрузки с допустимым прогибом (обычно 1/200 от длины).

В нижеприведенной таблице собраны зависимости сечения пиломатериала стропильных ног от длины пролета ферм:

Аналогично выбираются сечения стропильных затяжек:

Остается разместить на крыше столько стропильных ферм, чтобы они выдержали все нагрузки, нормально распределили их, передали на несущие стены через мауэрлат. То есть вычисляется шаг стропильных ног, который затем корректируется в соответствии с полученным значением. Для этого снова используется таблица, в которой указано рекомендуемое расстояние между фермами (рис. 3).

Рисунок 3. Таблица расстояний стропил.

Длина конька делится на шаг стропильных ног, добавляется единица, получается количество ферм крыши. Значение округляется в большую сторону, после чего вычисляется точное расстояние между центрами. При монтаже вначале устанавливают боковые треугольники, затем промежуточные. Возле дымоходов деревянные конструкции смещаются на 30 см, согласно требованиям пожаробезопасности.

При эксплуатации кровли предполагается периодическое хождение по ней. Особенно актуально данное условие для скатов в пределах 45°, так как с них приходится скидывать снег. Поэтому в имеющиеся нагрузки добавляют вес человека (100-150 кг), обеспечивая дополнительный прочностной запас.

Качество пиломатериала стропильной системы

Расчеты стропил двускатной крыши чаще производят для деревянных конструкций. Поэтому качество пиломатериала существенно влияет на ресурс силового каркаса. Оптимальным вариантом является брус или элементы, собранные из досок. Древесина естественной влажности дает большую усадку, что необходимо учитывать при жесткой фиксации стропил.

Скользящие крепления обеспечивают достаточную подвижность отдельных элементов, однако могут использоваться лишь в определенных схемах.

Рисунок 4. Расчет стропил на шатровую крышу.

Для вальмовой крыши рекомендуется пиломатериал со следующими параметрами:

• 3 сучка на метр длины;
• размер сучков в пределах 3 см;
• отсутствие сквозных трещин.

Монтируя крышу из доски, бруса камерной сушки, застройщик снижает усадку, повышает ресурс конструкции. Обработка антипиренами, антисептиками является обязательной, в эксплуатируемых чердачных помещениях необходимо использовать пароизоляционную мембрану, монтируемую под облицовку стен. Расчет стропил на шатровую крышу не отличается от стандартного, используемого для вальмы, двускатной конфигурации (рис. 4).

Распорные стропила наслонного типа

Для расчета крыши, использующей наслонные стропила, применяются те же методы, что и для висячих. Различия заключаются в способах фиксации ног к мауэрлату, в коньке. В этом случае необходимо наличие двух опор, материал работает на изгиб, конструкция полностью передает нагрузку на капитальные стены.

В расчеты крыши при необходимости могут добавляться вычисления на смятие материала при опирании верхних концов ног через коньковый прогон. В случае наслонных элементов стропила компенсируют распорные нагрузки друг друга. Схватки в этих схемах работают на сжатие, этими деталями снимается излишнее напряжение, сжимающее стены по периметру.

Домашнему мастеру не удастся рассчитать стропила на крышу в профессиональных программах, поскольку для работы в графических редакторах требуется специальное обучение, практика. Онлайн-ресурсы помогут избежать серьезных ошибок, точно подобрать сечение бруса, из которого собрана ферма кровли, шаг, длину. Брус традиционно выбирается с запасом, крепежные элементы заводской готовности значительно облегчают самостоятельное строительство.