Пример расчет стропил на прочность. Расчет длины и сечения стропил

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».

(1,1 MiB, 10 hits)

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.

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. 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:

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

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

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

Пример расчета сечения стропил

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:

Уклон скатов – 30 °. В горизонтальной проекции один пролет имеет длину 450 см, состоящую из участков длиной в 300 см и 150 см.

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.

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 стропил рекомендуется выполнять максимально точно, исходя из особенностей места строительства, внешней нагрузки на стропильную систему, размеров и конфигурации сооружения, характеристик материала для возведения крыши.

Виды нагрузок на стропила

Строительство скатной крыши требует создания прочного каркаса – несущей конструкции кровли. На этапе проектирования требуется выполнить расчет стропил, с целью определения длины и сечения элементов, которые принимают на себя основные нагрузки (постоянные и переменные).

К постоянным нагрузкам относится вес самого кровельного пирога, который состоит из внешнего покрытия, обрешетки, гидроизоляционного слоя, теплоизолятора, пароизоляции и внутренней обшивки чердачного или мансардного помещения. К этому же типу нагрузок относится вес оборудования или других объектов, которые планируется разместить на крыше или закрепить на стропилах изнутри.

Под переменными нагрузками подразумевается воздействие ветра и осадков, а также вес человека, занимающегося ремонтом или очисткой кровли. В этот же разряд входят и особые нагрузки, в том числе сейсмические – их наличие предъявляет повышенные требования к надежности крыши.

Расчет веса кровельного пирога

Прежде чем подойти к вычислению сечения стропильной ноги односкатной, двускатной или вальмовой крыши, важно определиться с весом кровельного пирога. Для этого требуется расчет, формула которого предельно проста: суммируется вес одного квадратного метра каждого слоя кровельной системы, а полученный результат умножается на 1,1 – поправочный коэффициент, позволяющий повысить надежность конструкции на 10%.

Таким образом, стандартный расчет веса кровли выглядит следующим образом : (вес 1 м 2 обрешетки + вес 1м 2 кровельного покрытия + вес 1 м 2 гидроизоляции + вес 1 м 2 утеплителя) × 1,1 = вес кровельного пирога с учетом поправочного коэффициента. При использовании большинства популярных кровельных материалов (за исключением наиболее тяжелых) данная нагрузка на стропила не превышает 50 кг/м 2 .

Разрабатывая проект односкатной или двускатной крыши достаточно ориентироваться на вес кровельного пирога, равный 55 кг/м 2 . Такой подход позволит возвести каркас кровли с запасом по прочности и в дальнейшем менять вид кровельного покрытия без перерасчета стропильной системы.

Снеговые и ветровые нагрузки

Для многих регионов России актуален вопрос снеговых нагрузок на стропила – от стропильной ноги требуется выдерживать, не деформируясь, тяжесть накопившегося снега. Чем меньше угол наклона кровли (обычно это относится к односкатной конструкции), тем выше снеговые нагрузки. Строительство практически плоской односкатной крыши требует использования стропил большого сечения и минимального шага их монтажа. При этом следует регулярно заниматься очисткой односкатной кровли, угол наклона которой не превышает 25°.

Формула S = Sg × µ позволяет вычислить снеговую нагрузку (S). При этом:

Sg – справочное значение веса снегового покрова на 1 квадратном метре горизонтальной поверхности (выбирается по таблице в СНиП «Стропильные системы» в зависимости от региона строительства);
µ - поправочный коэффициент, величина которого определяется углом наклона крыши.

Коэффициент µ равен :

1,0 – угол наклона ската до 25°;
0,7 – угол наклона ската от 25 до 60°.

Для крыш со скатами, угол наклона которых превышает 60°, снеговые нагрузки при расчетах не учитываются.

Для вычисления ветровой нагрузки (W) применяется формула W = Wo × k, где:

Wo – справочное значение ветровой нагрузки, характерной для конкретного региона (выбирается по таблице);
k – поправочный коэффициент, значение которого зависит от высоты сооружения и типа местности.

А – открытая местность (поле, степь, побережье);

Б – городская застройка, лес.

Взаимосвязь сечения и длины стропил

Расчет длины стропил выполнить достаточно просто, если принять во внимание, что практически вся крыша представляет собой систему треугольников (неважно, речь об односкатной, двускатной или сложной кровле). Зная длину стен постройки, угол наклона ската либо высоту конька, при помощи теоремы Пифагора вычисляется длина стропильной ноги от края стены до конька. К полученному значению требуется прибавить величину карнизного свеса (если стропила будут выступать за край стены). В некоторых случаях карнизный свес формируется за счет установки кобылок – досок для наращивания стропильной ноги. Длина кобылок суммируется к длине стропила при расчете площади крыши – это позволит определить точное количество материалов для монтажа кровельного пирога.

Чтобы определить, доска или брус какого сечения подходит для возведения конкретной односкатной, щипцовой или вальмовой крыши, можно воспользоваться таблицей стандартов, в которой приведены соответствия между такими параметрами, как толщина пиломатериала, длина стропильной ноги и шаг установки стропил.

Параметры сечения стропил варьируются от 40×150 мм до 100×250 мм. Длина стропильной ноги зависит от угла наклона ската и длины пролета между противоположными стенами. При увеличении угла наклона ската увеличивается длина стропила, что требует использования пиломатериала большего сечения для обеспечения необходимой прочности конструкции . При этом снеговая нагрузка на крышу уменьшается, и можно сделать шаг установки стропил более редким. В то же время, уменьшение шага стропил ведет к возрастанию суммарной нагрузки на стропильную ногу.

Выполняя расчет, необходимо принимать во внимание все факторы, чтобы добиться необходимой прочности каркаса крыши, в том числе учитывать характеристики древесины (плотность, степень влажности, качество) при возведении деревянных конструкций, толщину элементов из металла – при строительстве металлических каркасов крыши.

Несущая конструкция крыши должна иметь высокую степень жесткости – требуется исключить прогиб стропил под нагрузками. Прогиб возникает, если были допущены ошибки при вычислении сечения элементов крыши и шага установки стропил. Если прогиб стропил был выявлен после монтажа кровли, можно использовать дополнительные элементы (подкосы) для придания жесткости конструкции. Если длина стропильной ноги односкатной, щипцовой или вальмовой крыши превышает 4,5 метра, без установки подкосов прогиб может образоваться независимо от сечения деревянных стропильных ног . Это следует учитывать, выполняя расчет длины стропил.

Основные принципы расчета базируются на том, что выбор толщины бруса зависит от суммарной нагрузки на крышу. Увеличение толщины стропила ведет к повышению прочности крыши, позволяет исключить прогиб, но при этом существенно возрастает суммарный вес стропильной системы, то есть, повышаются нагрузки на строительные конструкции и фундамент. Стропила на жилых домах устанавливают с шагом 60 – 100 см, конкретная величина зависит от :

расчетной нагрузки;
сечения стропил;
характеристик кровельного материала;
угла наклона скатов;
ширины теплоизоляционного материала.

Расчет количества стропильных ног напрямую связан с шагом их установки. Изначально подбирается подходящий шаг монтажа, затем длину стены следует разделить на данное значение, прибавить к результату единицу и округлить число. Поделив длину стены на полученный результат, можно получить искомый промежуток между стропилами.

При определении количества стропил на одном скате важно помнить, что учитывается расстояние между осями стропильных ног.

Стропильные конструкции из металла

В частном домостроении использование металлических стропильных систем встречается реже, так как каркас из металла требуется монтировать при помощи сварки – это ведет к увеличению сложности и объема работ. Можно заказать изготовление конструкции на производстве, но ее монтаж потребует применения спецтехники. Проектирование каркаса крыши из металла требует точного расчета и соблюдения размеров всех элементов, поскольку отсутствует возможность подогнать деталь непосредственно при монтаже .

Рассматривая возведенный дом, можно оценить конструкцию крыши, узор и цвет кровельного материала, общий дизайн здания. Однако то, что обеспечивает все это, увидеть невозможно. Стропильная система отвечает за все элементы, связанные с крышей здания, и именно от нее зависит долговечность, качество и комфорт дома. Расчет стропильной системы – это ведущий этап в проектировании здания, определяющий все параметры несущей конструкции.

Перед тем как начать расчет стропил, необходимо определиться с интенсивностью нагрузок, которые будут действовать на кровлю в течение всех сезонов года. По своей природе влияющие факторы классифицируется на:

Постоянного характера. Сюда относят ту нагрузку, которая будет действовать на стропильную систему постоянно. Вес кровли, обрешетка, гидроизоляция, пароизоляционный слой и другие элементы образуют стабильную величину с фиксированным весом.
Переменные показатели. В эту категорию относят климатические факторы: снег, осадки, ветер и его интенсивность.
Особые нагрузки. Здесь необходимо учесть климатические проявления повышенной интенсивности. Учитывать данный параметр стоит в местности с вероятной сейсмической активностью или же там, где возможны ураганы или особо сильный штормовой ветер.

Возведение крыши начинается с установки стропильной системы

Сложность расчетов обусловлена тем, что новичкам строительного дела тяжело учитывать все факторы влияния одновременно. Ведь кроме указанных показателей необходимо принимать во внимание вес и прочность самих стропильных досок, способ их крепления между собой и другие немаловажные, но малоизвестные величины. В помощь предлагается программа расчета стропил и ферм, но иногда логичнее воспользоваться формулами. Ведь именно самостоятельный анализ помогает «прочувствовать» все конструкционные особенности возводимой крыши.

Расчет постоянной нагрузки

Чтобы понять, как рассчитать длину стропил и на какие цифры при этом ориентироваться, сперва стоит определить общий вес «кровельного пирога». Чтобы получить итоговый показатель, необходимо вычислить вес одного квадратного метра каждого слоя. Среднестатистическая крыша состоит из элементов:

Обрешетка. Ее монтируют из досок небольшой толщины – обычно 2,5 см. Данная величина дает вес одного «квадрата», равный 15 кг.
Утеплитель.
Гидроизоляция.
Кровельный материал.

«Кровельный пирог», вес которого необходимо учитывать при расчете нагрузки на стропильную систему

Изучая технические характеристики любого из данных слоев, легко найти информацию о необходимой величине. Проведя суммирование всех данных, рекомендуется увеличить результат на 10 процентов, то есть умножить на постоянный коэффициент 1,1. Это поможет заложить запас прочности для планируемой стропильной системы.

Важно ! Опытные строители рекомендуют таким образом подбирать материалы, чтобы итоговый показатель нагрузки на один квадратный метр не превышал цифры в 50 кг.

Кто-то именует 50 кг завышенной величиной, однако стоит понимать, что излишек прочности не повредит. Определив вес кровельного пирога, стоит переходить к расчету второго показателя – снеговые нагрузки.

Расчет снеговой нагрузки

Этот показатель очень важен, так как большинство регионов испытывают со стороны снеговых осадков долговременное влияние. Чтобы тяжесть снега не проломила крышу, стоит побеспокоиться о дополнительной прочности заранее. Для расчета выведена формула, в которой используются коэффициенты из СНиП 2.01.07-85.

Формула: полная снеговая нагрузка = вес снега на 1 кв.м. х корректирующий коэффициент.

Первая величина определяется в зависимости от места расположения дома. По интенсивности выпадаемых осадков все регионы разделены на снеговые зоны, для которых выведено усредненное значение.

Карта снеговых нагрузок с указанием регионов

Корректирующий коэффициент также можно найти в указанном СПиПе. Он видоизменяется в зависимости от угла наклона ската крыши:

Для крыши, имеющей уклон более 60 градусов, данный показатель не используется, так как снеговая шапка не образуется на крутых скатах.
Для крыш с величиной уклона от 25 градусов, но менее 60 введена корректировка, равная 0,7.
Крыши с еще меньшим уклоном, практически пологие, нуждаются в поправочном коэффициенте, равном 1.

Стоит отметить тот факт, что снег распределяется по поверхности кровли неравномерно, образуя более интенсивные скопления в местах излома (выходы слуховых окон, ендовы и т. п.). Шаг стропил рекомендуется делать в этих местах минимальным – лучше установить спаренные элементы. Кроме этого, формируя слои кровельного пирога, стоит использовать в сложных зонах сплошную обрешетку и двойную гидроизоляцию.

Важно ! Любые расчетные результаты желательно умножать на 1,1, то есть увеличивать запас прочности на 10 %.

Определение ветровой нагрузки

Данный показатель имеет высокий уровень критичности, так как независимо от угла ската крыша подвергается опасности при сильном ветре. При малых углах наклона возникает угроза срыва и разрушения кровли под действием аэродинамической нагрузки. Большой же угол наклона приводит к тому, что крыша испытывает огромное давление ветра по всей своей поверхности.

Для расчета ветровой нагрузки также выведена формула с рядом поправочных коэффициентов.

Формула: ветровая нагрузка = показатель региона х коэффициент.

Карта ветровых нагрузок позволяет определить показатель региона

Показатель региона – это табличное значение, отраженное в СНиПе, а вот коэффициент необходимо выбирать, учитывая высоту дома и местность, в которой расположено здание. Значения коэффициента меняются по следующей схеме:

Для домов высотой 20 метров значение для открытой местности равно 1,25, для территории с наличием препятствий (высокие дома, лес) – 0,85;
Для домов высотой 10 метров – 1, 0 и 0,65 соответственно;
Для низких домов высотой в 5 метров показатели равны 0,75 и 0,85 в зависимости от места расположения здания.

Принцип расчета стропил

Чтобы понять, как рассчитать стропила, надо учесть тот факт, что практически вся конструкция представляет собой систему треугольников, поэтому проблем с определением длины досок обычно не возникает. Но так как при расчете необходимо учесть нагрузочные показатели, шаг обрешетки, величину пролетов и особенности конфигурации самой крыши, то лучшим решением становится специальная программа для расчета стропил. В ней достаточно ввести все необходимые данные и получить итоговый результат.

Важно ! Мало какие программы могут проделать всю работу по конструированию. Чаще всего они оперируют уже готовыми цифрами по ветровой и снеговой нагрузке, а также запрашивают полную информацию по весу кровельных слоев.

Делая расчет стропильной конструкции, можно ориентироваться на таблицы стандартов. На строительном рынке ассортимент готовых стропил представлен досками длиной от 4,5 до 6,0 метров, но это не конечные величины. В зависимости от конструкции здания длина может быть изменена на необходимую.

Выбор сечения стропильного бруса определяется в зависимости от следующих факторов:

длина стропильной доски;
шаг, с которым будут установлены стропила;
известные показатели нагрузок.

Таблица, в которой собраны оптимальные значения, выглядит следующим образом:

Таблица расчетных величин сечения стропил

Однако стоит помнить, что в зависимости от региона, рекомендации могут меняться.

Расчет стропильной ноги – ее длины – это самая простая задача из всех озвученных. При поиске значения, советуем обратиться к теореме Пифагора, где катетами будут служить ширина дома и разница в высоте между его стенами, тогда гипотенузой будет та стропильная доска, длину которой необходимо найти.

Вся предоставленная информация подразумевает расчет деревянных стропил, если же речь пойдет об использовании металла, то цифры будут немного иными. Ведь прочностные характеристики этих двух материалов существенно отличаются, а это значит, что и показатели сечения и шага стропильной конструкции будут меняться.

Применяемые программы

Расчет стропильной системы дома нельзя назвать легким занятием. Ведь для получения корректных данных надо не только уметь оперировать формулами и исходными величинами, знать СНиПы, но и уметь чертить и обладать пространственным воображением. Если есть сомнения в собственных силах, но не хочется платить за расчетные сведение деньги, то можно воспользоваться профессиональными программами.

Среди высокоточных информационных продуктов можно выделить 3D Max и Автокад. При определенных навыках справиться с этими ПО не составит труда. Однако есть и еще более простые решения.

В программу для расчета стропил достаточно ввести необходимые параметры и получить результат

Например, программа Аркон позволяет создавать несложные эскизные проекты, имеет калькулятор для расчета длины и сечения стропил. В ней легко работать благодаря доступному интерфейсу и легкому вводу информации.

Также стоит отметить, что существуют онлайн-программы. Это калькуляторы, которые предоставляют данные о величинах стропильной системы по введенным пользователем сведениям.

Сращивание стропил

Если программа для расчета стропильной системы выдала информацию о том, что необходимы брусья большей длины, чем имеются в продаже, то решить эту проблему несложно. Существуют определенные методики по соединению стропил, обычно используют одну из трех:

соединение встык;
метод «косой прируб»;
соединение внахлест.

Методика «встык» подразумевает точный расчет сечения стропил, ведь при данном методе будет происходить соединение торцевых частей брусьев, обрезанных строго под прямым углом. Стык закрывается накладками, величина которых должна быть более полуметра. Если для накладок используются деревянные элементы, то крепление осуществляют длинными саморезами, располагая их в шахматном порядке. Но более прочное соединение обеспечивают металлические пластины, установленные в области стыка при помощи гаек и болтов.

Сращивание стропил в строительной системе делается так, чтобы на места соединений нагрузка влияла как можно меньше.

«Косой прируб» используется, когда торцевые части стропил спилены под углом в 45 градусов. Соединение в данном случае ведется насквозь болтами, диаметр которых – 12-14 мм.

Наращивание внахлест – самый простой, но самый расходный способ. Его суть состоит в том, что концы стропильных досок укладываются друг на друга с пересечением не менее 1 метра. Соединение происходит любыми крепежными элементами в шахматном порядке.

Выбор древесного материала

Точный расчет стропильной фермы не будет иметь никакого значения, если не будет выбран качественный строительный материал. Древесина может использоваться практически любая, поэтому стоит обращать внимание на величину и количество дефектов, а также на сопроводительную документацию к брусу.

Среди допустимых отклонений согласно ГОСТ по требованиям к пиломатериалам считаются:

наличие трех сучков размером до 30 мм на одном метре бруса;
наличие несквозных трещин, но не более половины длины стропильной доски;
влажность пиломатериала в пределах 18%.

Выбирая стропильные доски, необходимо получить документы, подтверждающие их качество

Документы на качественный материал должны содержать следующую информацию:

производитель;
наименование изделия и стандарт, по которому оно изготовлено;
параметры изделия, величина влажности и данные о породе древесины;
количество материала в упаковке;
дата производства.

Предмонтажная подготовка стропил

Изучение СНиП и ГОСТ по пиломатериалам и стропильным системам покажет, что при работе с древесиной нельзя обойтись без некоторых мероприятий. Чаще всего действия перед монтажом подразделяют на защитные и конструктивные.

Защита стропильной системы выглядит как:

Обработка антисептиками – предупреждает загнивание.
Обработка антипиреновыми пропитками – защита от пожара.
Обработка биозащитными составами – от насекомых-вредителей.
Конструктивные мероприятия выглядят следующим образом:
Монтаж гидроизоляционных прокладок, чтобы не было контакта между деревом и кирпичом.
Создание гидро- и пароизоляционных слоев.
Монтаж вентиляционной системы в подкровельном пространстве.

Важную роль играет противопожарная и антисептическая пропитка для стропил, оказывающая непосредственное влияние на длительность срока службы кровли

Выводы

Начать строительство крыши дома, не зная размеры стропил, невозможно. Однако не стоит подходить к решению вопроса поверхностно. Нельзя ограничиться только расчетом стропильной системы, ее конфигурацией и испытываемой нагрузкой. Дом – это единый проект, в котором вместе связаны все параметры. Фундамент, возможности несущей конструкции, стропильная система, кровля – все это и многое другое нельзя рассматривать изолировано.

При строительстве особое внимание уделяется монтажу стропил, ведь от правильности сборки системы зависит безопасность жильцов дома

Грамотный проект, создаваемый еще на стадии планирования, поможет рассмотреть все вопросы в комплексе. Поэтому если в планах возникла идея возведения собственного дома, то идеальным решением будет консультация профессиональных строителей и проектировщиков. Специалисты помогут в решении всех вопросов и не допустят возникновения ошибок, которые могут повредить строительству здания.

Посмотрев на возведенный дом, можно оценить конструкции двускатной или мансардной крыши, цвет и рисунок кровельного покрытия, архитектуру всего здания. Однако невозможно увидеть то, что обеспечивает все эти элементы. Система стропил (ферма) является основой крышной постройки, она отвечает за качество, комфорт и долговечность всего дома.

Для удобства расчета выведена специальная формула, в которую подставляются коэффициенты из СНиП. Формула выглядит так:

F = P × k, где F – это полная снеговая нагрузка, P – вес снега, приходящийся на 1 квадратный м, k – корректирующий коэффициент.

Вес снежного покрова на 1 квадратный м крыши определяется по месту расположения самого строения. Все регионы по интенсивности выпадаемых осадков разделяются на снеговые зоны, каждая из которых имеет усредненное значение.

Варианты корректирующего коэффициента для разного угла наклона скатов

Обрешетки для рулонных (А), плиточных (Б) и толевых (В) покрытий: 1 – стропила; 2 – обрешетка; 3 – стальные листы; 4 – рубероид (толь); 5 – рулонное покрытие; 6 – асбоцементные плитки; 7 – защитное покрытие.

В СНиПе же можно найти корректирующий коэффициент. Его изменения происходят в зависимости от уклона ската мансардной или другой скатной крыши:

если уклон крыши составляет больше 60 градусов, этот коэффициент не применяется, поскольку на крутых скатах снеговая шапка не образовывается;
при угле от 25 до 69 градусов вводится корректирующий коэффициент, равняющийся 0,7;
крыши, у которых наклон скатов еще меньше (практически пологие), нуждаются в корректировке, равной 1.

Необходимо учитывать тот факт, что снежная масса по поверхности мансардной или иной скатной крыши распределяется неравномерно, а наиболее значительные скопления образуются в местах излома (ендовы, выход слуховых окон и пр.). Стропильные ноги в этих местах рекомендуется устанавливать с минимальным шагом – наилучшим вариантом будет установка спаренных элементов. Помимо этого, при формировании слоев кровельного «пирога», в сложных зонах необходимо использовать двойную гидроизоляцию и сплошную обрешетку.

Все результаты расчетов лучше умножать на 1,1, увеличивая на 10 процентов запас прочности.

Как рассчитать ветровую нагрузку

Этот тип нагрузки обладает высоким уровнем критичности, поскольку, вне зависимости от угла наклона крыши, она подвергается риску при воздействии сильного ветра. При малом угле наклона появляется угроза разрушения и срыва крыши под влиянием аэродинамической нагрузки. А большой уклон кровли может привести к тому, что крыша по всей своей поверхности испытывает на себе большое давление ветра.

V = R × k, где V – это значение ветровой нагрузки, R – показатель вашего региона, k – корректирующий коэффициент.

Изменение поправочного коэффициента в зависимости от высоты здания

Показателем региона является табличное значение, которое указывается в СНиПе, а поправочный коэффициент выбирается в соответствии с высотой дома и местностью, в которой располагается постройка. Величина коэффициента изменяется таким образом:

значение для зданий высотой 20 м на открытой местности равняется 1,25, если на территории есть препятствия (высокие постройки, посадка и пр.), то коэффициент равен 0,85;
для домов 10-метровой высоты применяется поправка 1,0 и 0,65;
показатели 0,75 и 0,85 используются для расчета нагрузки для низких 5-метровых домов в зависимости от места строительства дома.

Как правильно рассчитать конструкцию фермы

Для правильного понимания расчета фермы необходимо учитывать тот факт, что вся конструкция в действительности являет собой систему треугольников, поэтому при определении длины досок обычно проблем не возникает. Но чтобы правильно рассчитать , необходимо учитывать все показатели нагрузки, величину пролетов, шаг обрешетки и особенности разновидности самой крыши. Чтобы не допустить ошибок и не просчитаться, необходимо скачать специальные программы для точного расчета стропильной системы. Она предполагает ввод всех необходимых показателей и выведение итогового результата.

При расчете конструкции фермы можно брать на вооружение таблицы стандартов. Готовые стропильные ноги представлены на строительном рынке досками длиной от 4,5 до 6 м, но это не предельные величины. От конструкции строения зависит изменение длины стропильной ноги на необходимую.

Выбор сечения стропильных ног

Но есть еще более простые пути. К примеру, можно бесплатно скачать программу Аркон; в ней возможно осуществить проектирование стропильной системы, в ней есть калькулятор для расчета сечения и длины стропильного бруса. В этой программе легко работать благодаря простому интерфейсу и простому вводу данных.

Чтобы не скачать расчетные программы, можно бесплатно воспользоваться онлайн-версиями. Это калькуляторы, представляющие данные о величинах конструкции фермы, исходя из введенных вами сведений.