Стропильная нога размеры. Правильный расчет стропильной системы крыши

Пусть сооружение стропильной системы кажется довольно простым делом, но оно требует точных математических расчётов. Правильные размеры элементов несущей конструкции не позволят кровле быть хрупкой и спасут хозяина дома от чрезмерных денежных трат.

Расчёт параметров стропильной системы

Стропильную систему образуют не только стропильные ноги. В конструкцию входят мауэрлат, стойки, подкосы и другие элементы, размеры которых строго стандартизированы. Дело в том, что составляющим стропильной системы полагается выдерживать и распределять определённые нагрузки.

Элементы стропильной системы простой дву скатной крыши - это стропила, прогон (коньковая доска), стойки, лежень, мауэрлат и подстропильные ноги (подкосы)

Это конструкция из четырёх брусьев, соединяющая кирпичные, бетонные или металлические стены дома с деревянной несущей конструкцией крыши.

Брус мауэрлата должен занимать 1/3 места наверху стены. Оптимальное сечение этого пиломатериала - 10х15 см. Но существуют и другие подходящие варианты, например, 10х10 либо 15х15 см.

Главное, для создания мауэрлата не брать брусья шириной менее 10 см, так как они сильно подведут в вопросе прочности. А вот пиломатериал шириной более 25 см в надёжности сомнений не вызовет, однако будет давить на дом так, что тот в скором времени начнёт разрушаться.

Мауэрлат должен быть уже стены, иначе он будет оказывать на стены чрезмерное давление

Идеальная длина бруса для основания под стропильную систему равна длине стены. Соблюсти это условие не всегда получается, поэтому мауэрлат позволительно сооружать и из отрезков полностью или хотя бы примерно одинаковых по длине.

Лежень выступает элементом стропильной системы, который находится в лежачем положении и служит основанием для стойки (бабки) несущей конструкции кровли.

В качестве лежня обычно берётся брус такого же сечения, как и мауэрлат. То есть оптимальный размер горизонтального элемента на внутренней несущей стене - 10х10 или 15х15 см.

Размером лежень не отличается от мауэрлата

Коньковый брус

Из-за размеров конькового бруса, в который стропила упираются верхним концом, вес крыши не должен выходить за допустимые рамки. Это значит, что для конька требуется брать брус довольно прочный, но нетяжёлый, чтобы под его давлением не прогнулись другие элементы несущей конструкции кровли.

Наиболее подходящий сосновый пиломатериал для конька крыши - это брус сечением 10х10 см или 20х20 см, как у стоек конструкции.

Коньковый прогон не должен быть толще стойки стропильной системы

Кобылка

Кобылка - это доска, удлиняющая стропило, если оно недопустимо короткое.

При использовании кобылок стропильные ноги обрезают вровень с наружной стеной. А доски, удлиняющие их, подбирают таким образом, чтобы они образовывали необходимый свес крыши и были не толще самих стропил.

К длине кобылки обязательно добавляют лишние 30–50 см, которые уйдут на совмещение стропила с дополнительной доской и сделают соединение каркаса и свеса кровли максимально крепким.

По толщине кобылка уступает стропильной ноге

Стойки

Стойка - это то же самое, что и центральная опора. Высоту вертикального бруса в стропильной системе принято находить по формуле h = b 1 xtgα – 0,05. h - это высота стойки, b 1 – половина ширины дома, tgα – тангенс угла между стропилом и мауэрлатом, а 0,05 - это примерная высота коньковой балки в метрах.

Главное требование к стойкам - устойчивость, поэтому в качестве них выбирают толстые, как лежень, брусья

Подкосом называется элемент стропильной системы, который под углом не менее 45° (по отношению к горизонтали среза стен) одним концом монтируется на стропиле, а другим - на затяжке, проложенной в направлении от одной стены дома к другой, вплотную к вертикальной стойке.

Длину подкоса определяют по теореме косинусов, то есть по формуле a² = b² + c² - 2 x b x c x cosα для плоского треугольника. a обозначает длину подкоса, b - часть длины стропила, c - половину длины дома, а α – угол, противолежащий стороне a.

Длина подкоса зависит от длины стропила и дома

Ширина и толщина подкосов должна быть идентична этим же размерам у стропильной ноги. Это значительно облегчит задачу по закреплению элемента в каркасе кровли.

Затяжка устанавливается у основания стропильной системы и играет роль балки перекрытия. Длина этого элемента определяется протяжённостью здания, а его сечение не отличается от параметра стропильных ног.

Затяжка по-другому может называться потолочной лагой

Скользящая опора или элемент стропильной системы, позволяющий ей приспосабливаться к изменению конфигурации, должен характеризоваться следующими параметрами:

длина - от 10 до 48 см;
высота - 9 см;
ширина - 3–4 см.

Размер скользящей опоры должен позволять хорошо фиксировать стропила на основании кровли

Доски или брусья для стропил

Размер досок, которые станут стропилами крыши с симметричными скатами, определить нетрудно. В этом поможет формула из теоремы Пифагора c² = a²+ b², где c выступает в качестве необходимой протяжённости стропильной ноги, a обозначает высоту от основания кровли до конькового бруса, а b - ½ часть ширины здания.

Параметры стропил, отличающихся асимметрией, тоже узнают по формуле Пифагора. Однако показателем b в этом случае будет уже не половина ширины дома. Это значение для каждого ската придётся измерять отдельно.

По формуле Пифагора можно вычислить как длину стропил, так и высоту стойки

Стропилами обычно становятся доски толщиной от 4 до 6 см. Минимальный параметр идеален для строений хозяйственного назначения, например, гаражей. А стропильную систему обычных частных домов создают из досок толщиной 5 или 6 см. Средний показатель ширины главных элементов несущей конструкции кровли - 10–15 см.

При большом шаге и значительной длине сечение стропил непременно увеличивают. Допустим, когда расстояние между ногами несущей конструкции крыши достигает 2 м, для стропил выбирают сечение 10×10 см.

На длину стропила влияет степень наклона кровли и протяжённость пространства между стенами, расположенными друг против друга. С увеличением уклона крыши длина стропильной ноги растёт, как и её сечение.

Размер стропил обусловлен величиной зазора между ними

Таблица: соответствие длины стропильной ноги её толщине и шагу

Длина стропильной ноги (м)	Пространство от одного до другого стропила (м)
	1,1		1,4		1,75		2,13
	Толщина стропила (мм)
	Бруски	Брёвна	Бруски	Брёвна	Бруски	Брёвна	Бруски	Брёвна
До 3	80×100	Ø100	80×130	Ø130	90×100	Ø150	90×160	Ø160
От 3 до 3,6	80×130	Ø130	80×160	Ø160	80×180	Ø180	90×180	Ø180
От 3,6 до 4,3	80×160	Ø160	80×180	Ø180	80×180	Ø180	100×200	Ø180
От 4,3 до 5	80×180	Ø180	80×200	Ø200	100×200	Ø200	-	-
От 5 до 5,8	80×200	Ø200	100×200	Ø220	-	-	-	-
От 5,8 до 6,3	100×200	Ø200	120×220	Ø240	-	-	-	-

Угол стропила

Величину угла стропила определяют по формуле α = Н / L, где α – это угол наклона кровли, Н - высота конькового бруса, а L - половина пролёта между противоположными стенами дома. Полученное значение переводят в проценты по таблице.

Как будут наклонены стропила, зависит от двух показателей - высоты конька и ширины дома

Таблица: определение угла стропила в процентах

Видео: вычисление размера стропильных ног

Для каждого элемента стропильной системы существуют усреднённые данные о размерах. На них можно ориентироваться, однако лучше высчитывать параметры стоек, подкосов и иных составляющих несущей конструкции кровли в специальных программах на компьютере или с помощью сложных геометрических формул.

Расчет стропильной системы должен осуществляться с предельной точностью, руководствуясь особенностями места строительства, планируемой нагрузкой на систему стропил, размерами и конфигурацией постройки, а также используемыми материалами для перекрытия кровли. В этой статье речь пойдет о том, как вычислить длину стропил крыши.

Нагрузки, которые испытывают стропила

Для скатной крыши должен быть создан прочный каркас, являющийся ее несущей конструкцией. Еще при проектировании должен быть проведен расчет стропильной ноги для того, чтобы определиться с длиной и сечением элементов, на которые будут приходиться главные нагрузки.

Нагрузки, которые действуют постоянно, создаются самим кровельным пирогом, в который входит наружный кровельный материал, обрешетка, тепло-, паро- и гидроизоляционный материал, а также внутренняя обшивка чердака или мансарды. В эти нагрузки входит и вес всевозможных объектов, которые будут расположены на крыше или закреплены с внутренней стороны стропильной системы.

Переменные нагрузки состоят из воздействий, которые порождаются ветром, осадками, а также сейсмической активностью. Сюда же относится и вес человека, который в будущем будет проводить ремонт, плановое обслуживание или очистку крыши.

Расчет массы кровельного пирога

Перед тем как провести расчет длины стропильной ноги, потребуется вычислить массу кровельного пирога. Для этого нужно будет взять простую формулу, по которой нужно плюсовать массы одного квадратного метра всех слоев кровельных материалов, а результат умножить на 1,1 – коэффициент коррекции, который улучшит надежность конструкции на 10 %.

Получается, что обычный расчет массы кровли можно выразить так: (масса 1 м 2 обрешетки + масса 1м 2 кровельного материала + масса 1 м 2 гидроизоляционного покрытия + масса 1 м 2 слоя утеплителя) × 1,1 = масса кровельного пирога, в которую входит коэффициент коррекции. Если планируется укладывать один из распространенных кровельных покрытий, то нагрузка на стропильную систему не выйдет за пределы 50 кг/м 2 .

Создавая проект односкатной или двускатной кровли, достаточно опираться лишь на массу кровельного пирога, равную 50 кг/м 2 . По такому принципу можно соорудить каркас кровли повышенной прочности, чтобы в будущем можно было изменить тип кровельного материала без повторного расчета системы стропил.

Снеговые и ветровые нагрузки на примере

Длина стропильной ноги должна быть подобрана таким образом, чтобы кровля смогла удерживать большие нагрузки снеговых осадков. Снег будет давить на кровлю тем сильнее, чем меньший угол уклона у нее будет. Если возводится практически плоская односкатная кровля, то сечение стропильных ног должно быть как можно больше, а их шаг – как можно меньше. Кроме этого, если уклон кровли менее 25º, то потребуется систематически проводить ее очистку.

Sg – значение снегового покрова на 1 м 2 , которое выбирается из таблиц СНиП, и определяется регионом, в котором возводится дом;

µ - корректировочный коэффициент, который зависит от угла наклона кровли: для ската с уклоном до 25° – 1,0; а для ската с уклонами 25-60° – 0,7.

Для тех скатов, угол наклона которых находится на отметке более 60 °, снеговые нагрузки в расчет не берутся.

Ветровые нагрузки можно вычислить по формуле W = Wo × k, где:

Wo – справочная величина вашего региона (можно найти в справочных таблицах);

k – корректировочный коэффициент, который определяется высотой постройки и типом местности – открытого типа (поле, степь или побережье), или закрытого (лес, застройка).

Зависимость длины стропильной ноги и сечения

К примеру расчет стропильной ноги будет сделать легче, если представить, что почти вся крыша состоит из треугольников. Имея длину стен строения, уклон ската или высоту конька, и воспользовавшись теоремой Пифагора, можно определить длину стропильной ноги от стены до конька. К полученному результату нужно будет прибавить величину свеса карниза. Иногда карнизный свес создают путем монтажа кобылок – досок для увеличения длины стропил. Длина кобылок также приплюсуется к длине стропил при просчете площади кровли – это необходимо для получения точного объема материала, необходимого для установки кровельного пирога.

Для того чтобы понять, какого сечения нужна доска или брус, нужно взять специальную таблицу стандартов, в которой будут указаны зависимости таких параметров как толщина, длина и шаг стропильной ноги.

Как правило, сечение стропил колеблется от 40×150 мм до 100×250 мм. Перед тем как определить длину стропил нужно учесть, что она зависит от уклона ската и длины пролета между противоположными стенами. Чем больше уклон ската, тем длиннее должны быть стропила, а значит и их сечение тоже должно быть достаточным для придания конструкции необходимой прочности. При таком подходе нагрузка от снежных осадков снизится, а шаг между стропилами также можно будет увеличить. Нужно помнить еще и о том, что чем меньше шаг будет между стропилами, тем большую нагрузку будет испытывать стропильная нога.

Каждый мастер, которого вы попросите привести пример расчета стропил, вам скажет, что для того чтобы каркас кровли получился максимально прочным, нужно учитывать характеристики деревянных элементов и толщину металлических узлов.

Несущая часть кровли должна быть достаточно жесткой для того, чтобы она не прогибалась вследствие нагрузок. Прогибы могут появляться, если во время проектирования были подобраны неправильные сечения элементов кровли и шаг монтажа стропил. Если оказалось, что прогиб появился после установки кровли, можно установить дополнительные подкосы для того, чтобы конструкция получилась более жесткой. При длине стропильной ноги более 4,5 м, без монтажа подкосов прогиб может появиться при использовании стропильных ног любого сечения. Это нужно учитывать в любом случае, определяя, как вычислить длину стропила.

В общем, определяясь с толщиной бруса, отталкиваются от общей нагрузки на кровлю. Чем он будет толще, тем крыша получится прочнее, и не нужно будет волноваться о том, что может возникнуть прогиб. Однако это ведет к увеличению общей массы стропильной системы, следовательно, нагрузки на всю конструкцию и фундамент будут выше.

При сооружении жилых домов шаг между стропилами составляет от 60 до 100 см и определяется:

расчетной нагрузкой;
сечением стропил;
типом используемого кровельного покрытия;
уклоном скатов;
шириной слоя теплоизоляции.

Количество устанавливаемых стропильных ног зависит, в первую очередь, от шага их монтажа. Сначала определяют нужный шаг, после чего длину стены делят на полученное значение, плюсуют к результату единицу и округляют. Результатом деления длины стены на полученное число будет искомый нами шаг между стропилами. Учитывая необходимое количество стропил на одном скате нужно брать во внимание и расстояние между осями стропильных ног.

Металлические стропильные системы

При возведении частного дома к применению стропильной системы из металла прибегает крайне редко, потому что металлический каркас нужно устанавливать с использованием сварки, а это несколько усложняет процесс. Естественно, что изготовление конструкции можно осуществит и на производственных мощностях, но в данном случае без привлечения спецтехники не обойтись. Проект металлической кровли должен быть создан с максимальной точностью с соблюдением точных размеров всех элементов, так как в процессе возведения подогнать их до нужных размеров уже не представится возможности.

У металлических систем стропил много своих плюсов. Во время эксплуатации не возникает прогиб стропил даже на больших пролетах и без монтажа дополнительных узлов для улучшения прочности и надежности. Стальные стропила могут укладываться на пролеты, превышающие 10 м, при этом под расчетными нагрузками прогиб не возникнет.

Рассчитывая стропильную систему из стальных профилей, учитывайте массу самого материала, нагрузку на все строение и фундамент. Высокая прочность стропил из такого материала, позволяющая не прогибаться конструкции, дает возможность уменьшить количество узлов в сравнении с элементами из дерева.

Кроме того, проводить расчет стального каркаса для кровли нужно, исходя из данных по прочности элементов конструкции, определяющейся их формой и толщиной. Учитывайте также длину пролетов и уклон скатов. Мауэрлат из стали для системы стропил должен быть тщательно закреплен на верхушке стены.

Вышеизложенный материал позволит вам подробно разобраться в том, как рассчитать стропильную ногу, так что вы без проблем сможете выполнить все строительные работы на данном этапе, и у вас появится свой пример расчета стропильной системы.

Приобретение правильного материала – одна из важнейших сторон любого строительства. При возведении стропильной системы нужно понимать, что на нее возлагается большая ответственность, поэтому для создания такой конструкции стоит использовать лишь надежное качественное сырье. Можно купить уже готовые стропильные фермы, а можно и своими силами сделать необходимые детали из бревен или другого материала. Размеры стропил, способы их монтажа, крепежные элементы и остальные нюансы стоит выбирать индивидуально для каждого здания и стропильной системы.

Имеется три стандартных варианта приобретения досок для стропил, стоит рассмотреть плюсы и минусы каждого из них:

Кубометры пиломатериала. Купить древесину в кубометрах – вполне приемлемый способ, для этого достаточно лишь заказать в специализированной компании необходимое количество кубометров бруса или досок. Далее их еще нужно будет нарезать и обработать, только после этого можно приступить к строительству. В данном случае стоит учитывать отходы при обработке дерева, поэтому брать лучше где-то на 10 процентов больше, чем рассчитано по плану стройки.
Нарезанные на заказ доски. Следующий вариант – закупить готовые стропила после резки. Сейчас многие компании занимаются резкой древесины на заказ под заданные параметры, строителям останется лишь собрать стропильную систему на крыше. Здесь отходов уже практически не будет, и процесс сооружения конструкции пойдет куда быстрее.
Готовые стропильные фермы. Данный вариант проще первых двух. Такие сооружения легче монтировать на стены прямиком на крыше, что сократит время сбора всей конструкции до одного или нескольких дней. Эту ферму нужно лишь установить и соединить в коньке. Количество отходов – минимум, но и цена данного варианта заметно выше.

Для самостоятельного изготовления стропил достаточно знать необходимые их параметры, такие как угол наклона, расстояние, сечение, метод крепежа и так далее. Для того, чтобы вычислить нужный размер стропил, используют плотницкие инструменты. Современные специальные строительные калькуляторы проводят данные вычисления крайне быстро.

Требования к пиломатериалам

При расчете стропильной конструкции, предусматривающей производство стропильных ног из доски, помимо всех размеров крайне важно также учитывать и качество используемого пиломатериала. Для начала необходимо определиться, какая же древесина лучше всего подходит для стропил. Тут ответ однозначен – это лиственный и хвойный пиломатериал, отвечающий требованиям ГОСТ 2695-83 и ГОСТ 8486-86. Исходя из данных стандартов, доска для изготовления стропил может иметь:

Несквозные трещины, не превышающие по длине половину доски;
Не больше трех сучков на погонный метр материала, при этом максимально допустимый диаметр сучков составляет 30 мм;
Влажность не более 18% (с показаний влагомера).

Согласно предписаниям СНиП, покупая пиломатериал для производства стропил и других составляющих каркаса крыши, обязательно нужно проверять документы, информирующие о качестве приобретаемой продукции. В них должно быть указано:

Название товара и его номер стандарта;
Наименование производителя с основными данными о нем;
Порода древесины, размер пиломатериала, степень влажности;
Дата выпуска партии товара;
Количество единиц в упаковке.

Древесина является натуральным материалом, так что она достаточно подвержена биологическому разрушению. Для снижения риска повреждений собранной из данного пиломатериала конструкции его требуется подготовить перед монтажом. Подготовка подразумевает проведение различных конструктивных и защитных мероприятий.

В число защитных входят:

Пропитка древесины специальными антипиреновыми средствами для предотвращения вероятности возгорания;
Обработка дерева антисептическими составами для предотвращения преждевременного загнивания;
Обработка стропил и прочих деревянных элементов средствами для защиты от насекомых-вредителей.

К конструктивным мероприятиям относятся:

Формирование гидроизоляции под кровлей и пароизоляции со стороны помещения;
Установка гидроизоляционных прокладок в местах примыкания деревянных конструкций к кирпичным;
Оборудование вентиляции кровельного пирога.

Выполненные из доски стропила, при соблюдении всех предписанных технологий строительства крыши, прослужат долгое время без какого-либо ремонта.

Размеры стропил

Выбор сечения и длины стропильных элементов крайне важен. Все стропильные ноги должны создаваться одной длины и толщины, которые зависят от шага стропил и ожидаемой нагрузки на них. Материалами для стропил служат бревна, брус или доски. К минусам стропил из бревна относят их немалый вес и необходимость делать сложные врубки для креплений, что существенно ослабляет несущие способности конструкции. Брус больше подходит для изготовления стропил, но стоит он дороже досок.

Важно! Для стропил наиболее оптимальным вариантом является уже вылежавшийся некоторое время брус: он не меняет формы после строительства кровли, что обеспечивает устойчивость конструкции. Используют брус шириной 10–15 см, при этом его толщина должна быть около 5 см.

Стропильные ноги из доски – наилучший выбор, данный материал очень популярен и активно используется для создания боковых стропильных ног. Из доски также удобно делать боковые стропила удлиненного типа и прочные накосные стропильные ноги.

Толщина доски весомо влияет на ее характеристики. Обычная доска, пригодная для изготовления стропил, имеет толщину 40-60 мм.

Важно! Стоит отметить, что при строительстве кровли на хозяйственных постройках лучше брать доску толщиной 40 мм, это поможет снизить затраты. При возведении крыши жилого дома этот параметр не должен быть ниже 50 мм.

Ширина стропильной доски выбирается в зависимости от длины перекрываемого проема – чем больше длина стропильной ноги, тем шире нужна и доска для ее производства. Когда длина стропил не превышает 6 метров, для их изготовления можно брать доску шириной 150 мм – то есть минимальный размер сечения стропила для крыши жилого дома равен 50×150 мм. Если стропильная нога больше 6 метров, то по ширине доска должна быть не меньше 180 мм. Удлиненную ногу изготовляют из сплоченных досок, ширина которых составляет 150 мм.

Еще один немаловажный параметр – сечение стропил. Оно зависит от нагрузок на крышу: как от внешних погодных, так и от тяжести самой стропильной системы. Также на расчет сечения влияет угол наклона ската, ширина здания и длина перекрываемого проема. Для вычислений используют специальные формулы и таблицы, есть множество соответствующих компьютерных программ. Определив значение сечения стропильных ног, стоит обратить внимание на особенности установки данной конструкции.

Особенности монтажа стропильных ног

После выбора оптимального материала для стропильной системы, подгонки размеров стропил, прохождения всех этапов их обработки, необходимо еще правильно установить стропильные ноги на мауэрлат. От данного соединения во многом зависит прочность и надежность всей конструкции. Есть два варианта крепления – скользящее и жесткое. Каждое из них применимо к определенному виду стропил, и выбор его зависит от многих факторов.

Жесткое крепление исключает возможность любых поворотов и изгибов стропил. Для него создают запилы и закрепляют стропильные ноги на мауэрлате с помощью различных крепежных элементов.

Скользящее соединение, которое также часто называют шарнирным, имеет пару степеней свободы. Обычно его используют при строительстве кровли над деревянным домом, так как оно позволяет крыше с течением времени оседать на сруб, дающий определенную усадку за первые несколько лет. В этом случае соединение конька со стропилами делают не столь жестким. Стропильная нога фиксируется на мауэрлате путем запила и укрепляется гвоздями с обеих сторон.

При возведении вальмовой крыши накосное стропило размером бывает более 6 метров. Из-за этого стропила наращивают по длине. Для усиления стропильных ног, для них изготовляют подкосы из вертикальных стоек. Более двух стоек редко устанавливают при этом.

У многих людей возникают такие вопросы: как сделать стропила своими руками, как правильно провести установку стропил, какой для них лучше всего подобрать материал и так далее. Сейчас можно найти множество информации по этому поводу в различных источниках и выполнить работу самому. Если же возникают какие-либо вопросы и своими силами справиться не удается, то лучше обратиться к услугам профессионалов, в надежности которых не возникает сомнений.

-> Расчёт стропильной системы

Основным элементом крыши, воспринимающим и противостоящим всем видам нагрузок, является стропильная система . Поэтому для того чтобы ваша крыша надёжно противостояла всем воздействиям окружающей среды, очень важно сделать правильный расчёт стропильной системы.

Для самостоятельного расчёта характеристик материалов, необходимых для монтажа стропильной системы, я привожу упрощённые формулы расчёта . Упрощения сделаны в сторону увеличения прочности конструкции. Это вызовет некоторое увеличение расхода пиломатериалов, однако на небольших крышах индивидуальных строений оно будет несущественным. Данными формулами можно пользоваться при расчёте двухскатных чердачных и мансардных, а также односкатных крыш.

На основе приведенной ниже методики расчёта, программист Андрей Мутовкин (визитка Андрея - мутовкин.рф) для собственных нужд разработал Программу расчёта стропильной системы . По моей просьбе он великодушно разрешил разместить её на сайте. Скачать программу можно .

Методика расчёта составлена на основе СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», с учётом «Изменений...» от 2008г, а также на основе формул, приведенных в других источниках. Эту методику я разработал много лет назад, и время подтвердило её правильность.

Для расчёта стропильной системы, прежде всего, необходимо вычислить все нагрузки, действующие на крышу.

I. Нагрузки, действующие на крышу.

1. Снеговые нагрузки.

2. Ветровые нагрузки.

На стропильную систему, кроме вышеперечисленных, также действуют нагрузка от элементов крыши:

3. Вес кровли.

4. Вес чернового настила и обрешётки.

5. Вес утеплителя (в случае утеплённой мансарды).

6. Вес самой стропильной системы.

Рассмотрим все эти нагрузки подробнее.

1. Снеговые нагрузки.

Для расчёта снеговой нагрузки воспользуемся формулой:

Где,
S - искомая величина снеговой нагрузки, кг/м²
µ - коэффициент, зависящий от уклона крыши.
Sg - нормативная снеговая нагрузка, кг/м².

µ - коэффициент, зависящий от уклона крыши α . Безразмерная величина.

Примерно определить угол уклона крыши α можно по результату деления высоты Н на половину пролёта - L .
Результаты сведены в таблицу:

Тогда, если α меньше или равно 30°, µ = 1 ;

если α больше или равно 60°, µ = 0 ;

если 30° вычисляем по формуле:

µ = 0,033·(60-α);

Sg - нормативная снеговая нагрузка, кг/м².
Для России принимается по карте 1 обязательного приложения 5 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»

Для Белоруссии нормативная снеговая нагрузка Sg определяется
Техническим кодексом УСТАНОВИВШЕЙСЯ ПРАКТИКИ Еврокод 1. ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ Часть 1-3. Общие воздействия. Снеговые нагрузки. ТКП EN1991-1-3-2009 (02250).

Например,

Брест (I) - 120 кг/м²,
Гродно (II) - 140 кг/м²,
Минск (III) - 160 кг/м²,
Витебск (IV) - 180 кг/м².

Найти максимально возможную снеговую нагрузку на крышу высотой 2,5 м и длинной пролёта 7м.
Строение находится в дер. Бабенки Ивановской обл. РФ.

По карте 1 обязательного приложения 5 СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" определяем Sg - нормативную снеговую нагрузку для города Иваново (IV район):
Sg=240 кг/м²

Определяем угол уклона крыши α .
Для этого высоту крыши (H) разделим на половину пролёта (L): 2,5/3,5=0,714
и по таблице найдём угол уклона α=36°.

Так как 30° , расчёт µ произведём по формуле µ = 0,033·(60-α) .
Подставляя значение α=36° , находим: µ = 0,033·(60-36)= 0,79

Тогда S=Sg·µ =240·0,79=189кг/м²;

максимально возможная снеговая нагрузка на нашу крышу составит 189кг/м².

2. Ветровые нагрузки.

Если крыша крутая (α > 30°) , то из-за её парусности ветер давит на один из скатов и стремится её опрокинуть.

Если крыша пологая (α , то подъёмная аэродинамическая сила, возникающая при огибании её ветром, а также турбулентности под свесами стремятся эту крышу приподнять.

Согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» (в Белоруссии - Еврокод 1 ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия), нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm на высоте Z над поверхностью земли следует определять по формуле:

Где,
Wo - нормативное значение ветрового давления.
K - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте.
C - аэродинамический коэффициент.

K - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте. Его значения, в зависимости от высоты здания и характера местности, сведены в Таблицу 3.

C - аэродинамический коэффициент,
который в зависимости от конфигурации здания и крыши может принимать значения от минус 1,8 (крыша поднимается) до плюс 0,8 (ветер давит на крышу). Так как расчёт у нас - упрощённый в сторону увеличения прочности, то значение C принимаем равным 0,8.

При строительстве крыши необходимо помнить, что ветровые силы, стремящиеся приподнять или сорвать крышу, могут достигать значительных величин, и, поэтому, низ каждой стропильной ноги необходимо хорошенько прикреплять к стенам или к матицам.

Делается это любыми способами, например, при помощи отожжённой (для мягкости) стальной проволокой диаметром 5 - 6мм. Этой проволокой каждая стропильная нога прикручиваются к матицам либо к ушкам плит перекрытия. Очевидно, что чем крыша тяжелее, тем лучше!

Определить среднюю ветровую нагрузку на крышу одноэтажного дома c высотой конька от земли - 6м. , углом уклона α=36° в деревне Бабенки Ивановской обл. РФ.

По карте 3 приложения 5 в « СНиП 2.01.07-85» находим, что Ивановская область относится ко второму ветровому району Wo= 30 кг/м²

Так как все строения в посёлке ниже 10м., коэффициент K= 1.0

Значение аэродинамического коэффициента C принимаем равным 0,8

нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm= 30·1,0·0,8 = 24кг/м².

Для информации: если ветер дует в торец данной крыши, то на её край действует поднимающая (срывающая) сила до 33,6кг/м²

3. Вес кровли.

Различные виды кровли имеют следующий вес:

1. Шифер 10 - 15 кг/м²;
2. Ондулин (битумный шифер) 4 - 6 кг/м²;
3. Керамическая черепица 35 - 50кг/м²;
4. Цементно-песчаная черепица 40 - 50 кг/м²;
5. Битумная черепица 8 - 12 кг/м²;
6. Металлочерепица 4 - 5 кг/м²;
7. Профнастил 4 - 5 кг/м²;

4. Вес чернового настила, обрешётки и стропильной системы.

Вес чернового настила 18 - 20 кг/м²;
Вес обрешётки 8 - 10 кг/м²;
Вес собственно стропильной системы 15 - 20 кг/м²;

При расчёте окончательной нагрузки на стропильную систему, все вышеперечисленные нагрузки суммируются.

А теперь открою вам маленький секрет. Продавцы некоторых видов кровельных материалов в качестве одного из положительных свойств отмечают их лёгкость, что по их заверениям, приведёт к значительной экономии пиломатериалов при изготовлении стропильной системы.

В качестве опровержения данного утверждения приведу следующий пример.

Расчёт нагрузки на стропильную систему при использовании различных кровельных материалов.

Посчитаем нагрузку на стропильную систему при использовании самого тяжёлого (Цементно-песчаная черепица
50 кг/м² ) и самого лёгкого (Металлочерепица 5 кг/м² ) кровельного материала для нашего домика в деревне Бабенки Ивановской обл. РФ.

Цементно-песчаная черепица:

Ветровые нагрузки - 24кг/м²
Вес кровли - 50 кг/м²
Вес обрешётки - 20 кг/м²

Итого - 303 кг/м²

Металлочерепица:
Снеговые нагрузки - 189кг/м²
Ветровые нагрузки - 24кг/м²
Вес кровли - 5 кг/м²
Вес обрешётки - 20 кг/м²
Вес самой стропильной системы - 20 кг/м²
Итого - 258 кг/м²

Очевидно, что имеющаяся разница в расчётных нагрузках (всего около 15%) не сможет привести к какой-либо ощутимой экономии пиломатериалов.

Итак, с расчётом суммарной нагрузки Q , действующей на квадратный метр крыши мы разобрались!

Особо обращаю ваше внимание: при расчётах внимательно следите за размерностью!!!

II. Расчёт стропильной системы.

Стропильная система состоит из отдельных стропил (стропильных ног), поэтому расчёт сводится к определению нагрузки на каждую стропильную ногу в отдельности и расчёту сечения отдельной стропильной ноги.

1. Находим распределённую нагрузку на погонный метр каждой стропильной ноги.

Где
Qr - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги - кг/м ,
A - расстояние между стропилами (шаг стропил) - м ,
Q - суммарная нагрузка, действующая на квадратный метр крыши - кг/м² .

2. Определяем в стропильной ноге рабочий участок максимальной длины Lmax.

3. Рассчитываем минимальное сечение материала стропильной ноги.

При выборе материала для стропил руководствуемся таблицей стандартных размеров пиломатериалов (ГОСТ 24454-80 Пиломатериалы хвойных пород. Размеры), которые сведены в Таблицу 4.

Таблица 4. Номинальные размеры толщины и ширины, мм

Толщина доски - ширина сечения (В)	Ширина доски - высота сечения (Н)
16	75	100	125	150
19	75	100	125	150	175
22	75	100	125	150	175	200	225
25	75	100	125	150	175	200	225	250	275
32	75	100	125	150	175	200	225	250	275
40	75	100	125	150	175	200	225	250	275
44	75	100	125	150	175	200	225	250	275
50	75	100	125	150	175	200	225	250	275
60	75	100	125	150	175	200	225	250	275
75	75	100	125	150	175	200	225	250	275
100		100	125	150	175	200	225	250	275
125			125	150	175	200	225	250
150				150	175	200	225	250
175					175	200	225	250
200						200	225	250
250								250

А. Рассчитываем сечение стропильной ноги.

Задаём произвольно ширину сечения в соответствии со стандартными размерами, а высоту сечения определяем по формуле:

H ≥ 8,6·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон крыши α

H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон крыши α > 30°.

H - высота сечения см ,

B - ширина сечения см ,
Rизг - сопротивление древесины на изгиб, кг/см².
Для сосны и ели Rизг равен:
1 сорт - 140 кг/см²;
2 сорт - 130 кг/см²;
3 сорт - 85 кг/см²;
sqrt - квадратный корень

Б. Проверяем, укладывается ли величина прогиба в норматив.

Нормируемый прогиб материала под нагрузкой для всех элементов крыши не должен превышать величины L/200 . Где, L - длина рабочего участка.

Это условие выполняется при верности следующего неравенства:

3,125·Qr·(Lmax)³/(B·H³) ≤ 1

Где,
Qr - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги - кг/м ,
Lmax - рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны м ,
B - ширина сечения см ,
H - высота сечения см ,

Если неравенство не соблюдается, то увеличиваем B или H .

Условие:
Угол уклона крыши α = 36° ;
Шаг стропил A= 0,8 м ;
Рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны Lmax = 2,8 м ;
Материал - сосна 1 сорт (Rизг = 140 кг/см² );
Кровля - цементно-песчаная черепица (Вес кровли - 50 кг/м² ).

Как было подсчитано , суммарная нагрузка, действующая на квадратный метр крыши равна Q = 303 кг/м².
1. Находим распределённую нагрузку на погонный метр каждой стропильной ноги Qr=A·Q;
Qr=0,8·303=242 кг/м;

2. Выберем толщину доски для стропил - 5см.
Рассчитаем сечение стропильной ноги при ширине сечения 5см.

Тогда, H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/B·Rизг) , так как уклон крыши α > 30° :
H ≥ 9,5·2,8·sqrt(242/5·140)
H ≥15,6 см;

Из таблицы стандартных размеров пиломатериалов выбираем доску с ближайшим сечением:
ширина - 5 см, высота - 17,5 см.

3. Проверяем, укладывается ли величина прогиба в норматив. Для этого должно соблюдаться неравенство:
3,125·Qr·(Lmax)³/B·H³ ≤ 1
Подставляя значения, имеем: 3,125·242·(2,8)³ / 5·(17,5)³= 0,61
Значение 0,61 , значит сечение материала стропил выбрано правильно.

Сечение стропил, установленных с шагом 0,8м, для крыши нашего домика составит: ширина - 5 см, высота - 17,5 см.

Содержание статьи

Строительство дома всегда оканчивается возведением крыши, которая предполагает обязательное устройство стропильной системы. Конструкция эта включает в себя стропильные ноги, мауэрлат, затяжки, подкосы, нарожники, шпренгели, стойки, обрешетка и прочие элементы, обеспечивающие прочность и жесткость всей системы.

В разных конструкциях крыш стропильная нога может называться рядовым стропилом или диагональной (накосной) стропильной ногой т требует расчета на прочность. Расчет стропильной системы основывается на сборе постоянных и временных нагрузок, которые будут действовать на крышу.

Постоянные нагрузки:

вес всех элементов стропильной конструкции;
вес паро- и гидроизоляционных материалов;
вес кровельного материала;
вес отделочных материалов потолка, при наличии мансардных помещений.

Временные нагрузки:

вес людей, обслуживающих кровлю вместе с инструментом;

вес инженерного оборудования, устанавливаемого на крыше (вентиляционные системы, дымоходы, аэраторы, зенитные фонари и пр.);

вес переходных мостиков, ограждения, трапов, необходимых для ремонта и дальнейшей эксплуатации крыши.

Характеристики стропильных ног

На основании полученного значения нагрузок делается расчет стропильной ноги, её длина и поперечное сечение, в зависимости от выбранного материала, вида крыши и типа стропил – наслонных или висячих. Некоторые виды сложных крыш могут содержать и те и другие.

А в вальмовых кровлях, кроме стропильных ног используются еще и укороченные стропила, которые называются нарожниками и требуют так же своего расчета. Кроме этого в расчете нуждаются все дополнительные элементы стропильной системы, такие, как затяжки, подкосы, стойки и ригели, поскольку на них приходится определённая нагрузка, передающаяся от стропил.

Длина стропильной ноги зависит, прежде всего, от размеров здания, а также от уклона скатов кровли, который получается от выбранной формы крыши. Обычно, длину стропила стараются делать не более 6 м, так весь пиломатериал, поступающий в продажу, имеет именно эту максимальную длину. Но случается, что размеры дома требуют стропил большей длины, в этом случае их наращивают. В основном длинные стропильные ноги бывают у накосных (диагональных) стропил, при возведении вальмовых или полувальмовых крыш.

На выбор сечения стропильной ноги оказывают влияние множественные факторы:

нагрузки постоянные и временные;
вид кровельного материала;
уклон скатов;
тип крыши;
размеры дома;
климатические условия;
качество материала для изготовления стропильных ног.

Для устройства крыши используют древесину хвойных пород. Но, при выборе необходимо следить, чтобы не попадались доски или брусья с синевой, множеством больших сучков.

Влажность древесины должна составлять не более 20-22%, поскольку слишком влажное дерево, по мере высыхания будет изменяться в размерах, а это в свою очередь может привести к нарушению герметичности кровли и другим негативным последствиям.

Лучше всего, если расчет стропильной системы будет производить специалист. В настоящее время достаточно фирм, которые предлагают такие услуги.

Можно самостоятельно рассчитать стропильные ноги, размеры и длину, если воспользоваться готовыми калькуляторами в интернете. Стоит только ввести в программу нужные размеры, а программа сама уже выдаст готовый результат сечения, длины и шага стропил.

В строительстве частных жилых домов, как правило, используются доски сечением 50х150 мм при изготовлении стропил крыш любой конфигурации. Шаг стропильных ног равняется примерно 1 метру, в зависимости от выбранного вида кровельного материала, количества снега в зимнее время и уклона крыши.

Так, для крыш, уклон которых составляет более 45 градусов, шаг стропил выбирается в пределах 1,2-1,4 м, а для регионов с большими снежными нагрузками это расстояние будет 0,6-0,8 м.

Также следует обращать внимание на тип кровельного материала. Самым тяжелым считается натуральная черепица. Сечение стропильных ног соответственно будет увеличиваться, если будет большая длина стропильных ног и их шаг.

Особенности монтажа стропильных ног

Крепление стропильных ног к мауэрлату самый ответственный момент во всей постройке крыши. От правильности выполненного соединения стропил и мауэрлата зависит прочность всей конструкции крыши.

Существует два способа крепления – скользящее и жесткое , каждое из которых подходит под определённый вид стропил – висячих или наслонных.

Жесткое крепление исключает любые подвижки, повороты или изгибы стропил. Это достигается изготовлением запилов на самом стропиле и последующем закреплении стропильной ноги с мауэрлатом при помощи металлических скоб, проволоки или длинных гвоздей, а также с использованием металлических уголков.

Скользящее соединение, или как его часто называют «шарнирное», может иметь две степени свободы. Такое соединение часто используется при строительстве деревянных домов, чтобы дать крыше свободу постепенно оседать на сруб, который в течение нескольких лет может давать усадку. В этом случае соединение стропильных ног на коньке не делается жестким. Сама стропильная нога при скользящем сопряжении соединяется с мауэрлатом с помощью запила и укреплением с боков двумя гвоздями, забиваемых наискосок, по отношению друг к другу или путем забивания одного гвоздя сверху вниз в стропильную ногу с проникновением в мауэрлат.

Другие способы – использование металлических пластин, в которых имеются отверстия для гвоздей или соединение стропила и мауэрлата металлическими скобами.

При строительстве вальмовой крыши диагональная стропильная нога часто получается больше 6 метров в длину, поэтому требует наращивания.

Это достигается спариванием двух досок, которые применяются при устройстве обычных стропил. Диагональные стропила всегда длиннее рядовых, к тому же они испытывают нагрузку в полтора раза превышающую ту, которая приходится на обычные стропила, так как на них опираются еще и накосные ноги.