Стропильная система. Расчет стропил и балок перекрытия. Прежде чем приступать к строительству крыши, конечно желательно, чтобы её стропильная система была рассчитана на прочность. Сразу после опубликования прошлой статьи «Двухскатная крыша дома своими руками«, мне на почту стали приходить вопросы, касающиеся выбора сечения стропил и балок перекрытия. Да, разобраться в этом вопросе на просторах нашего всеми любимого интернета действительно довольно не просто. Информации на эту тему очень много, но она как всегда настолько разрознена и иногда даже противоречива, что неопытному человеку, который в своей жизни возможно даже и не сталкивался с таким предметом как «Сопромат» (повезло же кому-то), легко запутаться в этих дебрях. Я, в свою очередь, попробую сейчас составить пошаговый алгоритм, который поможет Вам самостоятельно рассчитать стропильную систему своей будущей крыши и наконец избавиться от постоянных сомнений - а вдруг не выдержит, а вдруг развалится. Сразу скажу, что углубляться в термины и различные формулы я не буду. Ну зачем? На свете столько полезных и интересных вещей, которыми можно забить себе голову. Нам ведь нужно просто построить крышу и забыть про неё. Весь расчёт будет описан на примере двухскатной крыши, о которой я писал в прошлой статье. Итак, Шаг № 1: Определяем снеговую нагрузку на крышу. Для этого нам понадобится карта снеговых нагрузок РФ. Чтобы увеличить картинку, кликните на ней мышкой. Ниже я дам ссылку, по которой её можно будет скачать себе на компьютер. По этой карте определяем номер снегового региона, в котором мы строим дом и из нижеследующей таблицы выбираем соответствующую этому региону снеговую нагрузку (S, кг/м²): Если Ваш город находится на границе регионов, выбирайте большее значение нагрузки. Корректировать полученную цифру в зависимости от угла наклона скатов нашей крыши не нужно. Программа, которой мы будем пользоваться сделает это сама. Допустим в нашем примере мы строим дом в Подмосковье. Москва находится в 3 снеговом регионе. Нагрузка для него составляет 180 кг/м². Шаг №2: Определяем ветровую нагрузку на крышу. Для этого нам понадобится карта ветровых нагрузок РФ. Её также можно будет скачать по ссылке ниже. По этой карте также выбираем соответствующий номер региона и определяем для него значение ветровой нагрузки (значения показаны в левом нижнем углу): Далее полученную цифру нужно умножить на поправочный коэффициент «k», который в свою очередь определяется по таблице: Здесь столбец А - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи и тундры; столбец В - городские территории, лесные массивы и др. местности равномерно покрытые препятствиями. Нужно учесть, что в некоторых случаях тип местности может различаться в разных направлениях (например, дом стоит на окраине населённого пункта). Тогда выбираем значения из столбца «А». Снова вернёмся к нашему примеру. Москва находится в I-м ветровом регионе. Высота нашего дома 6,5 метров. Предположим, что строится он в населённом пункте. Таким образом принимаем значение поправочного коэффициента k=0,65. Т. е. ветровая нагрузка в данном случае будет равна: 32х0,65=21 кг/м². Шаг №3: Необходимо скачать себе на компьютер расчётную программу выполненную в виде таблицы Exel. Далее работать мы будем в ней. Вот ссылка для скачивания: «Расчёт стропильной системы«. Также здесь находятся карты снеговых и ветровых нагрузок РФ. Итак, скачиваем и распаковываем архив. Открываем файл «Расчёт стропильной системы», при этом мы попадаем в первое окно - «Нагрузки»: Здесь нам нужно поменять некоторые значения в ячейках залитых голубым цветом. Весь расчёт производится автоматически. Давайте продолжим рассматривать наш пример: - в табличке «Исходные данные» меняем угол наклона на 36° (какой у Вас будет угол, такой и пишите, ну это я думаю всем понятно); - меняем шаг стропил, на тот который мы выбрали. В нашем случае это 0,6 метров; - Нагр. кровли (нагрузка от собственного веса кровельного материала) - это значение выбираем из таблицы: Для нашего примера выбираем металлочерепицу с весом 5 кг/м². - Снег. район - сюда мы вписываем сумму значений снеговой и ветровой нагрузок, которые мы получили ранее, т. е. 180+21=201 кг/м²; - Утепление (манс.) - это значение оставляем без изменений, если мы будем закладывать утеплитель между стропилами. Если же мы делаем холодный чердак без утеплителя - меняем значение на 0; - в табличку «Обрешётка» вписываем необходимые размеры обрешётки. В нашем случае для металлочерепицы мы поменяем шаг обрешётки на 0,35 м и ширину - на 10 см. Высоту оставляем без изменений. Все остальные нагрузки (от собственного веса стропил и обрешётки) учитываются программой автоматически. Теперь смотрим, что у нас получилось: Мы видим надпись «Несущая способность обрешётки обеспечена!» Больше в этом окне мы ничего не трогаем, даже ни к чему понимать, что за цифры стоят в других ячейках. Если, например, мы выберем другой шаг стропил (по больше), может получиться, что несущая способность обрешётки будет не обеспечена. Тогда надо будет подбирать другие размеры обрешётки, например, увеличивать её ширину и т. п. В общем думаю Вы разберётесь. Шаг №4: Нажимаем внизу рабочего экрана на вкладку «Строп.1» и переходим в окно расчёта стропил с двумя точками опоры. Здесь все внесённые нами ранее входящие данные уже подставлены программой автоматически (так будет и во всех других окнах). В нашем примере из статьи «Двухскатная крыша дома своими руками» стропила имеют три точки опоры. Но давайте представим, что промежуточных стоек нет и произведём расчёт: - меняем на схеме стропила длину его горизонтальной проекции (ячейка залита голубым цветом). В нашем примере она равна 4,4 метра. - в табличке «Расчёт стропил» меняем значение толщины стропила В (заданное) на выбранное нами. Мы ставим 5 см. Это значение обязательно должно быть больше указанного в ячейке Втр (устойч.); - теперь в строку «Принимаем Н» нам нужно внести выбранную ширину стропила в сантиметрах. Она обязательно должна быть больше значений, указанных в строках «Нтр.,(прочн.)» и «Нтр.,(прогиб)«. При соблюдении этого условия, все надписи в низу под схемой стропил будут иметь вид «Условие выполнено». В строчке «Н, (по сорт-ту)» указано значение, которое нам предлагает выбрать сама программа. Мы можем взять эту цифру, а можем взять другую. Обычно выбираем сечения имеющиеся в наличии в магазине. Итак, что у нас получилось показано на рисунке: В нашем примере для соблюдения всех условий прочности необходимо выбрать стропила с сечением 5х20 см. Но схема крыши показанная мной в прошлой статье имеет стропила с тремя точками опоры. Поэтому для её расчёта переходим к следующему шагу. Шаг №5: Нажимаем внизу рабочего экрана на вкладку «Строп.2» либо «Строп. 3″. При этом открывается окно расчёта стропил имеющих 3 точки опоры. Выбор нужной нам вкладки производим в зависимости от места расположения средней опоры (стойки). Если она расположена правее середины стропила, т. е. L/L1<2, то пользуемся вкладкой «Строп.2″. Если стойка расположена левее середины стропила, т. е. L/L1>2, то пользуемся вкладкой «Строп.3″. Если стойка ровно по середине, можете использовать любую вкладку, результаты будут одинаковые. - на схеме стропил переправляем размеры в ячейках залитых голубым цветом (кроме Ru); - по тому же принципу, что был описан выше, выбираем размеры сечения стропил. Для нашего примера, я принял размеры 5х15 см. Хотя можно было и 5х10 см. Просто привык уже работать с такими досками, да и запас прочности будет побольше. Теперь важно: с полученного при расчёте рисунка нам нужно будет выписать значение вертикальной нагрузки, действующей на стойку (в нашем примере (см. рис. выше) она равна 343,40 кг) и изгибающего момента действующего на стойку (Моп.=78,57 кгхм). Эти цифры будут нужны нам далее при расчёте стоек и балок перекрытия. Далее, если вы перейдёте во вкладку «Арка«, откроется окно расчёта стропильной системы представляющей собой коньковую арку (два стропила и затяжка). Я её рассматривать не буду, для нашей крыши она не подойдёт. Слишком у нас большой пролёт между опорами и маленький угол наклона скатов. Там получатся стропила сечением порядка 10х25 см, что для нас конечно непреемлемо. Для более маленьких пролётов такую схему использовать можно. Уверен, кто понял то, о чём я писал выше, тот сам разберётся и с этим расчётом. Если всё же появятся вопросы, пишите в комментариях. А мы переходим к следующему шагу. Шаг №6: Переходим на вкладку «Стойка». Ну здесь всё просто. - определённые нами ранее значения вертикальной нагрузки на стойку и изгибающего момента вносим на рисунке соответственно в ячейки «N=» и «М=». Они у нас были записаны в килограммах, мы вписываем их в тоннах, при этом значения автоматически округляются; - также на рисунке меняем высоту стойки (в нашем примере это 167 см) и ставим размеры выбранного нами сечения. Я выбрал доску 5х15 см. Внизу в центре видим надписи «Центральное обеспечено!» и «Внецентр. обеспечено». Значит всё впорядке. Коэффициенты запаса «Кз» очень большие, поэтому можно смело уменьшать сечение стоек. Но мы оставим как есть. Результат расчёта на рисунке: Шаг №7: Переходим на вкладку «Балка«. На балки перекрытия действуют одновременно распределённая нагрузка и сосредоточенная. Нам нужно учесть обе. В нашем примере балки одинакового сечения перекрывают пролёты разной ширины. Мы конечно же производим расчёт для более широкого пролёта: - в табличке «Распределённая нагрузка» указываем шаг и пролёт балок (мы из примера берём 0,6 м и 4 м соответственно); - принимаем значения Нагр.(норм.)=350 кг/м² и Нагр.(расч.)=450 кг/м². Значения этих нагрузок в соответствии со СНиПом усреднены и взяты с хорошим запасом прочности. В них включена нагрузка от собственного веса перекрытий и эксплуатационная нагрузка (мебель, люди и т. п.); - в строку «В, заданная» вписываем выбранную нами ширину сечения балок (в нашем примере это 10 см); - в строчках «Н, прочность» и «Н, прогиб» будут указаны минимально возможные высоты сечения балок при которых она не сломается и прогиб её будет допустимым. Нас интересует большая из этих цифр. Высоту сечения балки мы принимаем исходя из неё. В нашем примере подойдёт балка сечением 10х20 см: Итак, если бы у нас не было стоек опирающихся на балки перекрытия, расчёт на этом был бы закончен. Но стойки в нашем примере есть. Они то и создают сосредоточенную нагрузку, поэтому продолжаем заполнять таблички «Сосредоточенная нагрузка» и «Распред.+сосредоточ.«: - в обе таблички вносим размеры наших пролётов (тут думаю всё понятно); - в табличке «Сосредоточенная нагрузка» меняем значения Нагр.(норм.) и Нагр.(расч.) на цифру которую мы получили выше при расчёте стропил с тремя точками опоры - это вертикальная нагрузка на стойку (в нашем примере 343,40 кг); - в обе таблички вписываем принятую ширину сечения балки (10 см); - высоту сечения балки определяем по табличке «Распред.+сосредоточ.». Снова ориентируемся на большее значение. Для нашей крыши принимаем 20 см (см. рис. выше). На этом расчёт стропильной системы закончен. Чуть не забыл сказать: используемая нами расчётная программа применима для стропильных систем сделанных из сосны (кроме веймутовой), ели, лиственницы европейской и японской. Вся используемая древесина 2-го сорта. При использовании другой древесины, в программу нужно будет внести некоторые изменения. Так как другие породы дерева в нашей стране используются редко, я сейчас не буду расписывать, что нужно изменять. Read more.

Важным шагом в подготовке к возведению крыши является расчет стропильной системы и балок перекрытия на прочность. В данной статье Вашему вниманию представлен пошаговый алгоритм расчета стропильной системы будущей крыши (на примере двухскатной крыши).

Первый этап: Определение снеговой нагрузки на крышу.

Для определения снеговой нагрузки необходимо прибегнуть к карте снеговых нагрузок Российской Федерации (см. рисунок).

По карте определяется номер снегового региона, соответствующий положению строительства Вашего дома. По таблице определяется соответствующая региону снеговая нагрузка (см. таблицу ниже):

Если место застройки находится на границе регионов, то лучше выбирать большее значение снеговой нагрузки (тем самым увеличивая запас прочности будущей крыши).

Второй этап: Определение ветровой нагрузки на крышу.

Для этого используется карта ветровых нагрузок Российской Федерации (см. рисунок).

По карте определяется номер соответствующего региона и значение ветровой нагрузки в данном регионе. Вычисленное таким образом значение ветровой нагрузки необходимо умножить на поправочный коэффициент (k), величина которого берется из нижеприведенной таблицы:

Небольшое пояснение по столбцам таблицы поправочного коэффициента k: А – открытые побережья водохранилищ, озер и морей, а также пустыни, лесостепи, степи и тундры; В – местности, равномерно покрытые препятствиями, такими как, лесные массивы, городские застройки и т. п.

Третий этап: Для дальнейших операций необходима компьютерная программа для расчета стропильной система.

После распаковки и установки программы необходимо открыть файл «расчет стропильной системы». При этом перед Вами появится первое окно «Нагрузки» (см. рисунок).

Необходимо изменить некоторые данные, расположенные в ячейках, залитых голубым цветом:

— В таблице «Исходные данные» нужно изменить угол наклона ската крыши на предполагаемый; — В той же таблице необходимо поменять шаг стропил на выбранный; — Значение «Нагр. Кровли» (нагрузка от собственного веса используемого кровельного материала) нужно выбрать в нижеприведенной таблице (см. таблицу):

— В ячейку «Снег. Нагрузка» вписывается сумма значений ветровой и снеговой нагрузки, высчитанных ранее на этапах 1 и 2; — Ячейка «Утепление (манс.)» принимается 0, если делается холодный чердак, или оставляется без изменений, если между стропиль будет закладываться утеплитель (отапливаемое чердачное помещение); — В таблицу «Обрешетка» вносятся необходимые размеры обрешетки.

(Все остальные нагрузки – такие как вес стропил и обрешетки – учитываются программой автоматически).

Если в нижней части документа появилась надпись «Несущая способность обрешетки обеспечена!», то можно переходить к следующему этапу расчета; в противном случае необходимо изменить размеры обрешетки или шаг стропил (в зависимости от Вашего желания и кошелька, разумеется).

Четвертый этап: переходим во вкладку «Строп. 1» (расчет стропил с двумя точками опоры).

Можно заметить, что все внесенные ранее данные проставлены в таблицы автоматически (так будет и во всех последующих рабочих вкладках).

Если Вы устанавливаете стропила с двумя точками опоры, то необходимо внести некоторые поправки в данной вкладке:

— На схеме стропила меняем значение длины горизонтальной проекции (ячейка отмеченная голубым цветом); — В таблице «Расчет стропил» необходимо изменить толщину стропил «В, (заданное) на выбранное; при этом нужно учесть, что это значение должно быть больше указанного в ячейке Втр (устойч.); — В строку «Принимаем Н» необходимо ввести выбранную ширин стропил (в см); при этом она должна быть больше значений, указанных в строках «Нтр.,(прочн.)» и «Нтр.,(прогиб)». Если все оформлено правильно, то все надписи под схемой стропил станут «Условие выполнено». При этом в строке «Н,(по сорт-ту)» появится значение, предлагаемое самой программой (можно принять его или выбрать любое другое, подходящее Вам – выбор остается за Вами).

Пятый этап: Открываем вкладку «Строп.2» (откроется окно для расчета стропил с тремя точками опоры):

— Вносим изменения на схеме стропил в ячейки, залитые голубым цветом; — Выбираем размеры сечения стропил по аналогии с этапом 4. Из получившегося расчета важно отметить значение изгибающего момента и вертикальной нагрузки, действующих на стойку (эти цифры понадобятся при расчете стоек и балок перекрытия). — При нажатии вкладки «Арка» откроется окно расчета стропильной системы коньковой арки (два стропила и затяжка).

Шестой этап: открываем вкладку «Стойка»:

— Определенные ранее (см. этап 5) значения изгибающего момента и вертикальной нагрузки на стойку вносятся на схему в ячейки «N=» и «М=» соответственно (при этом в данную схему эти значения вносятся в тоннах); — Необходимо также изменить высоту стойки и поставить размеры выбранного сечения. Если внизу появилась надпись «Центральное обеспечено!» и «Внецентр. Обеспечено!», то можно продолжать расчет дальше (если значения коэффициента запаса «Кз» большие, то можно их и уменьшить, но лучше оставить как есть)

Седьмой этап: открываем вкладку «Балка»:

При внесении данных в таблицы данной вкладки важно учесть, что на балки перекрытия одновременно действует распределенная и сосредоточенная нагрузки:

— В таблице «Распределенная нагрузка» необходимо указать пролет и шаг балок; — Необходимо просчитать в соответствии со СНиПом значения «Нагр.(норм.)» и «Нагр.(расч.)» и взять их с запасом (сюда входит собственный вес перекрытий, а также эксплуатационная нагрузка – люди, мебель, фурнитура и т. п.); — В строку «В, заданная» вносится значение ширины выбранного сечения балок; — В строках «Н, прочность» и «Н, прогиб» отобразятся минимально возможные высоты сечения балок, при которых балка не сломается и прогиб будет допустимого значения; — В таблицы «Сосредоточенная нагрузка» и «Распред.+сосредоточ.» вносятся размеры пролетов и ширина сечения балок; — В таблицу «Сосредоточенная нагрузка» вносится значение вертикальной нагрузки на стойку; — По таблице «Распред.+сосредоточ.» определяется высота сечения балки.

Этим этапом оканчивается расчет стропильной системы.

Важно учесть, что поскольку стропильные системы в основном состоят из древесины сосны, ели, европейской или японской лиственницы, никаких поправок в расчетную программу не вносилось. При использовании любой другой породы древесины необходимо будет подкорректировать расчет под соответствующую применяемую древесину.

Конструирование крыши – довольно сложный процесс, который требует наличия некоторых знаний и умений. Намного проще и быстрее разработать крышу в специальной программе, которая сама просчитает количество материалов, угол уклона и многие другие конструктивные нюансы. Однако стоит понимать, что есть специализированная программа для проектирования крыш, разобраться в которой можно только с помощью руководства или специалиста. Если говорить о более простых и доступных бесплатных софтах, в которых может разобраться и новичок, то максимум, что вы получите, – это трёхмерная модель крыши, но просчитывать и расставлять все конструктивные элементы вы должны самостоятельно.

Если говорить о специалистах в области дизайна, архитектуры и конструкторах, то они при проектировании крыши привыкли пользоваться специальными программами, которые необходимо покупать. К ним можно отнести AutoCad (Автокад), ArhiCad (Архикад), 3D Max, ArCon (Аркон).

Первые три программы из перечисленного списка позволяют не только построить 3Д модель будущего сооружения, но и выполнить его планы, разрезы, а также другие конструктивные и архитектурно-строительные чертежи. В этих программах разрабатывают не только экстерьер дома, но и его интерьер.

Однако освоить этот софт неопытному человеку очень сложно, а тем более найти его бесплатную версию. Намного проще обстоит дело с программой Аркон, которую с успехом используют строители, конструкторы и архитекторы для разработки дома или его отдельных элементов, например, крыши. Однако самое главное преимущество этого софта состоит в его доступности. Освоить эту программу могут даже люди, далёкие от строительства и проектирования.

Аркон

В Арконе при проектировании крыши дома на начальном этапе пользователь может выбрать нужную разновидность крыши. После этого он может внести нужные изменения и уточнения в выбранную конструкцию. При этом прорисовывать стропильную систему от начала до конца не нужно, она уже заложена в программное обеспечение. У вас есть возможность выбрать одну из следующих форм крыш:

• односкатная или двускатная;
• свободная форма;
• вальмовая или полувальмовая конструкция;
• мансардная с фронтоном в торцах;
• мансардно-вальмовая разновидность;
• сферическая;
• плоская крыша;
• двускатная с рейкой для крепления.

Важно: у пользователя есть возможность комбинировать разные виды крыш. Кроме этого в Арконе можно самостоятельно сконструировать нужную вам конструкцию.

Если зайти в редактор, то можно изменять типовую конструкцию. Для этого нужно установить свои числовые значения в окошко со значением угла наклона скатов, высотой фронтонов, расположением водосточных желобов. Нажав на кнопку просмотра, вы сразу увидите результат.

Зайдя в раздел «Инфо», вы получите всю подробную информацию о разработанной вами конструкции, а именно:

• длины стропил;
• площадь кровли;
• протяжённость водосточных желобов;
• коньки;
• ветровые фронтоны;
• рёбра крыши;
• объёмы пиломатериалов;
• данные выводятся в нескольких вариантах (без учёта слуховых окон, отдельно по этим окнам и общие показатели);
• в случае необходимости можно получить ориентировочный перечень пиломатериалов, нажав на кнопку «Список».

Совет: прежде чем вы начнёте пользоваться программой, необходимо разобраться в основных терминах и понятиях. Так вам будет проще работать и общаться с подрядчиком.

При этом стоит учитывать, что все длины округляются до 5 см. Однотипные пиломатериалы после округления будут объединены в один раздел. Но в каталоге они будут разбиты по разновидностям, габаритам, сечению.

Чтобы определить высоту мансардного этажа с опорой, нужно воспользоваться кнопкой «Ассистент». Если на открывшейся вкладке перейти в раздел «Общее», то там можно узнать высоту чердачного этажа и другие величины. Кроме этого, софт позволяет выбирать разновидность кровельного покрытия. Вы можете подобрать расцветку, фактуру и материал.

Другие программы

Если говорить про проектирование крыши, то Аркон – самая лучшая программа для этого. Но если вы не ставите целью разработать крышу до мельчайших подробностей, а лишь хотите увидеть приблизительный трёхмерный результат, то можете воспользоваться следующим доступным программным обеспечением:

1. Google SketchUp предназначена для моделирования трёхмерных объектов, в том числе и крыши. В ней практически нет предварительных настроек, поэтому вы можете разработать нестандартную конструкцию. Различные плоскости можно двигать в стороны и по заданной кривой.
2. Envisioneer Express – софт, который используется для трёхмерного моделирования. В этом обеспечении для начала можно изготовить двухмерный план будущей конструкции, а после этого преобразовать в трёхмерное изображение. После создания трёхмерки будущее сооружение можно осмотреть с разных ракурсов в фотореалистичном виде и в качестве полупрозрачного каркаса, что очень важно при проектировании крышных конструкций.
3. Home Plan Pro отличается тем, что в своей базе данных содержит множество готовых элементов и объектов (окон, дверей, слуховых окон, деталей крыш). Работая в программе, можно использовать режим многослойности, стандартные фигуры и метрические системы.

1. Дом-3Д чаще всего используется для трёхмерного проектирования интерьеров, домов и их отдельных конструктивных элементов. Этот софт постоянно совершенствуется, появляются новые удобные функции и возможности.
2. FloorPlan 3D отличается простой графикой и понятным функционалом. В этом софте ваши возможности по созданию трёхмерного изображения практически не ограничены. Самое главное достоинство этой программы в том, что её могут использовать не только специалисты, но и новички, которые хотят увидеть модель будущего дома, его крыши или другой конструктивной части сооружения.
3. Ещё одно программное обеспечение, которое могут использовать люди без специальных знаний, – VisiCon. Здесь вы можете не только быстро создать модель будущей крыши, но и подобрать разные фактуры кровельного покрытия. Благодаря простому и понятному функционалу программу можно быстро освоить.

Если же вам нужно более серьёзное программное обеспечение бесплатно, то можете воспользоваться софтом NanoCAD. По сути, это базовый уровень систем автоматизированного проектирования.

Одна из важнейших частей скатной крыши - это стропильная система, состоящая из прочных и надежных балок. Именно стропила являются основанием для кровли. При этом важно, чтобы используемые материалы могли легко выдерживать не только кровельную конструкцию, но и давление снежных или ледяных масс в зимний период, а также ветровые нагрузки в течение всего года. В связи с этим, прежде чем приступить к установке стропил, следует произвести необходимые расчеты, учитывая все возможные факторы и нюансы. Конечно, заказать просчет стропил можно в различных строительных компаниях, однако, подобная услуга обойдется в довольно приличную сумму, поэтому оптимальным вариантом может стать самостоятельный расчет. Итак, как рассчитать стропильную систему крыши правильно? Разумеется, прежде чем перейти к главному вопросу, стоит изучить особенности стропил и разновидности конструкции.

Особенности стропильной системы

Чтобы сделать расчет стропильной системы, следует понимать, что она собой представляет. Итак, стропила – это несущая конструкция кровли, которая принимает на себя все внешние нагрузки, в виде снежных наносов, сильных ливней или шквальных ветров. Главные ее элементы – это:

• вертикальные стойки – необходимы для максимальной устойчивости стропильной системы;
• стропильные наклонные ноги – определяют наклон ската крыши и ее общий вид;
• прогоны – выделяют боковые и коньковые разновидности прогонов, элементы необходимы для скрепления и поддержания стропильных ног;
• затяжки, ригели – фиксирующие элементы;
• подкосы – диагональные поддерживающие брусья, придающие устойчивость стропилам;
• конек – верхний брус, укладываемый в месте стыка двух скатов кровли;
• кобылки – элемент, позволяющий увеличить длину недостаточно длинных стропил в случае монтажа свеса крыши;
• ферма – совокупность стоек, раскосов, обрешетки и прочих элементов, составляющих основу кровельной системы.



Приступая к расчету стропил, следует произвести расчет каждого отдельного элемента. Также важно соблюдать требования к стропильной системе, это поможет выбрать правильный материал, а также создать наиболее прочную и долговечную кровлю.

Основные требования при выборе материала стропил

Сегодня, довольно многие владельцы собственных домов отдают предпочтение кровлям из древесины. Как правило, стропильная система производится из хвойных древесных пород. При этом брус должен обладать влажностью не более 20 %. Это, так называемая, воздушно-сухая древесина, которая отличается необходимой прочностью и легкостью. Кроме процента влажности при выборе дерева следует соблюдать и такие условия, как:

• наличие минимального количества сучков, трещин и других возможных дефектов, для этого стоит выбирать древесину 1 или 2 сорта. При выборе дерева 3 сорта следует обращать внимание, чтобы на 1 м доски или бруса было не более 3-4 сучков высотой до 3 см, а при наличии трещин, их длина и глубина должны быть небольшими;
• для несущих, капитальных элементов, таких как стропильные ноги, мауэрлат, конек и так далее, рекомендуется использовать брус толщиной более 5 см, оптимально применять изделия с квадратным или прямоугольным сечением от 10 до 20 см;
• при выборе хвойных досок допускается длина изделий до 6,5 м, а если используются лиственные породы, то длина пиломатериала не должна превышать 4,5 м. Как правило, лиственные породы используются для таких конструктивных частей, как прогоны и мауэрлат. Также стоит отдавать предпочтение твердым породам.



Важно! Вся возводимая система должна обладать жесткостью и прочностью. То есть готовая конструкция должна иметь надежную фиксацию и быть неподвижной. Если хоть один элемент не соответствует данному требованию, то велика вероятность того, что крыша может быть разрушена при ураганном ветре либо сильном снегопаде, при этом будет неважно как правильно произведен расчет деревянных стропил крыши. В самой плачевной ситуации разрушена будет не только кровля, но и стены строения. Также стоит иметь в виду, что стропильную систему следует делать легкой, особенно в случае, когда используются деревянные несущие стены. Чтобы иметь возможность применять прочные и надежные балки, но при этом не утяжелять конструкцию, рекомендуется выбирать пиломатериал с низким процентом влажности, то есть примерно 10-15 %. Также не стоит забывать про обработку деревянных элементов антисептиками, антипиренами, гидрофобизаторами и другими защитными препаратами. Прежде чем приступить к вопросу, как же правильно рассчитать стропильную систему, следует получить представления о видах стропил.

Видео по теме:


Разновидности стропил

Конкретный вид стропил зависит от типа крыши и, производя расчет стропильной системы, это следует учитывать. Например, кровля может быть двухскатной или четырехскатной, соответственно и стропила будут рассчитываться по-разному. При этом наличие конструктивных элементов и принцип их монтажа остается практические неизменным. Сегодня принято выделять 2 основные разновидности стропильных систем.

1. Наслонные стропила – в этом случае стропильные ноги опираются на стены строения, а их середину подпирает промежуточная опора. Монтируется подобная система в случае необходимости, если делать пролеты длиной более 5-7 м. Каждая дополнительная опора может увеличить длину пролета на 3-4 м.
2. – устанавливаются, когда расстояние между наружными стенами, на которые устанавливается стропильная система не более 6,5 м.

Выбрав конкретный тип кровли, а также разновидность стропильной системы, можно переходить к выполнению всех необходимых расчетов, то есть расчета сечения стропил, нагрузки, длины и высоты балок и так далее.

Расчет нагрузки на стропила

Проводя расчет стропил крыши самостоятельно, рекомендуется принимать увеличенные параметры, благодаря чему можно иметь определенный запас прочности кровли. Конечно, при этом увеличиться расход стройматериалов, однако, вопросы безопасности дома все же стоит выносить на первое место. Итак, первым делом стоит брать во внимание все возможные нагрузки, которые будут воздействовать на кровельную конструкцию. В частности, к таким нагрузкам можно отнести снеговые и ветровые нагрузки. Также при расчете нагрузки на стропильную систему стоит учитывать довольно много особенностей. Включая такие факторы, как:

• вес кровельного материала;
• вес обрешетки;
• вес утеплителя, гидро- и пароизоляции;
• вес стропильной системы.

Только рассчитав каждый пункт, можно сделать расчет стропильной системы. Например, формула для расчета снеговой нагрузки будет выглядеть следующим образом:

S = Sрасч.·μ,
где S – это искомый параметр, Sрасч. – значение веса снега на 1 кв.м, которое следует брать из действующих на определенной территории СНиПов, а μ – коэффициент, рассчитанный из угла наклона крыши. Для расчета ветровой нагрузки, также можно воспользоваться формулой:

Wm = Wo·k·c,
где Wo – это нормативный параметр ветрового давления, определяемый по СНиПам, действующим в регионе, k – это коэффициент, ветрового давления, зависящий от высоты крыши над землей и с – это аэродинамический коэффициент, который зависит от формы кровли. Зная все исходные величины сделать расчеты не составит труда. Однако, сегодня совсем не обязательно все необходимые измерения и расчеты производить в ручном режиме. Ведь для этих целей созданы специальные программы, например, программа для расчета стропильной системы или программа расчета стропил и ферм. К таким программам можно отнести:

• Stropila;
• AutoCAD;
• Аркон;
• Онлайн сервисы расчета (строительные калькуляторы).

Каков принцип работ такого ПО? Он довольно прост, необходимо ввести все параметры из СНиПов или плана строения в соответствующие окна или строки, после чего нажать кнопку «рассчитать» и программа выдаст результат. Как правило, данные ресурсы включают в себя все необходимые расчеты, то есть ветровую и снеговую нагрузку, а также расчет суммарной нагрузки, расчет распределенной нагрузки, расчёт стропильной системы и так далее. Также в программах имеются карты со значением ветрового давления и веса снегового покрова во всех регионах. Сделать вычисления в подобных приложениях смогут даже не подготовленные пользователи, при этом все параметры будут наиболее точными. Кроме того, следует иметь в виду, что определенные параметры являются постоянными и их можно узнать в инструкциях к стройматериалам либо в интернете.

Вид кровельного покрытия и его вес

В зависимости от того, какой планируется использовать материал для кровли, изменяются и нагрузка на стропильные системы. Практически все виды покрытий имеют фиксированный вес, благодаря чему производить расчет довольно легко. Рассмотрим значение веса основных разновидностей кровельных покрытий, которые предоставляют производители при изготовлении.

Что касается массы чернового настила, стропильной системы и обрешетки, то данные значения принято считать стандартными. В частности, черновая кровельная конструкция будет иметь вес 18-20 кг/кв.м, деревянная обрешетка – 8-10 кг/кв.м и стропила – 15-20 кг/кв.м. Суммируя все значения можно легко найти искомый параметр нагрузки на стропильную систему.

Расчет стропил

После того, как нагрузка определена, можно переходить к такому пункту, как расчет стропильной системы. Необходимо определить нагрузку на каждую стропильную ногу, чтобы понять, какое сечение должно быть у стропил, их прочность и сколько потребуется леса для стропил в каждом конкретном случае. Формула для расчета нагрузки на каждую стропильную ногу выглядит следующим образом:

Qr=A·Q,
где Qr – искомая величина, измеряемая в кг/м, А – , измеряемый в метрах и Q – это общая нагрузка, действующая на 1 кв.м кровли, измеряется в кг/кв.м (именно данная величина была найдена в расчетах, производимых ранее). Посчитать нагрузку также можно в автоматизированном режиме, с помощью программ. Различные приложения позволяют сделать расчет сечения стропил, их количество, высоту и многие другие параметры. Важно! Производя расчет стропильной системы, всегда следует округлять параметры в большую сторону, так как это позволяет увеличить прочность кровельной конструкции.

Сделать необходимые расчеты самостоятельно совсем не сложно. Конечно, если знаний в данном вопросе недостаточно, то всегда можно обратиться к специалистам. Однако, огромное разнообразие автоматизированных программ, может помочь справиться с расчетом стропильной системы без особых хлопот. Важно помнить, что от правильности производимых подсчетов зависит не только прочность и надежность крыши, но и безопасность жильцов дома.

-> 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.