Расчёт стропильной системы своими силами

Стропильная система — это основная часть крови, которая воспринимает все нагрузки, действующие на крышу, и противостоит им. Чтобы обеспечить качественное функционирование стропил, требуется правильный расчёт параметров.

Как рассчитать стропильную систему

Чтобы сделать расчёт применяемых в стропильной системе материалов своими силами, представлены упрощённые расчётные формулы с целью повысить прочность элементов системы. Данное упрощение увеличивает количество применяемых материалов, но если крыша имеет небольшие габариты, то такое увеличение будет незаметным. Формулы позволяют рассчитать следующие виды крыш:

• односкатные;
• двускатные;
• мансардные.

Срок службы крыши во многом зависит от правильного расчёта

Видео: расчёт стропильной системы

Расчёт нагрузки на стропила двускатной крыши

Для постройки наклонной кровли необходим несущий прочный каркас, к которому будут крепиться все остальные элементы. При разработке проекта выполняется расчёт требуемой длины и площади поперечного сечения стропильного бруса и других частей стропильной системы, на которые будут действовать переменная и постоянная нагрузки.

Для расчёта системы нужно учитывать особенности местного климата

Нагрузки, которые действуют постоянно:

• масса всех элементов конструкции крыши, таких, как кровельный материал, обрешётка, гидроизоляция, теплоизоляция, внутренняя обшивка чердака или мансарды;
• масса оборудования и различных предметов, которые крепятся стропилам внутри чердака или мансарды.

Переменные нагрузки:

• нагрузка, создаваемая ветром и выпавшими осадками;
• масса работника, который выполняет ремонт или очистку.

К переменным нагрузкам также относятся сейсмическая нагрузка и другие виды особых нагрузок, которые предъявляют дополнительные требования к конструкции кровли.

От ветровой нагрузки зависит угол наклона ската

В большинстве областей Российской Федерации остро стоит проблема снеговой нагрузки — стропильная система должна воспринимать выпавшую массу снега без деформации конструкции (требование наиболее актуально к односкатным крышам). При уменьшении угла наклона крыши снеговая нагрузка возрастает. Обустройство односкатной крыши с близким к нулевому углом наклона требует установку стропил, имеющих большую площадь поперечного сечения, с маленьким шагом. Также постоянно потребуется выполнять её очистку. Это относится и к крышам с углом наклона до 25^о.

Снеговая нагрузка рассчитывается по формуле: S = Sg × µ, где:

• Sg — масса снегового покрова на плоской горизонтальной поверхности размером 1 м². Значение определяется согласно таблицам в СНиП «Стропильные системы» исходя из требуемой местности, в которой ведётся строительство;
• µ — коэффициент, учитывающий угол наклона ската кровли.

При угле наклона до 25⁰ значение коэффициента составляет 1,0, от 25^о до 60^о — 0,7, свыше 60^о — значение снеговых нагрузок в расчётах не участвует.

Количество осадков влияет на расчёт крыши

Ветровая нагрузка рассчитывается по формуле: W = Wo × k, где:

• Wo — величина ветровой нагрузки, определяемая согласно табличным значениям, учитывая характер местности, где ведётся строительство;
• k — коэффициент, который учитывает высоту постройки и характер местности.

При высоте постройки, равной 5 м, значение коэффициентов составляет kА=0,75 и kБ=0,85, 10 м — kА=1 и kБ=0,65, 20 м — kА=1,25 и kБ=0,85.

Сечение стропила на крышу

Рассчитать размер стропильного бруса не составляет труда, если учесть следующий момент — кровля это система треугольников (относится ко всем видам кровли). Располагая габаритными размерами здания, значением угла наклона крыши или высоты конька и используя теорему Пифагора, определяется размер длины стропил от конькового бруса до наружного края стены. К этому размеру прибавляется длина карниза (в случае, когда стропила выступают за стену). Иногда карниз делается за счёт монтажа кобылок. Рассчитывая площадь крыши, значения длин кобылок и стропил суммируются, что позволяет вычислить необходимое количество кровельного материала.

Сечение бруса для стропил зависит от многих параметров

Для определения сечения применяемого бруса при возведении любого типа кровли, в соответствии с требуемой длиной стропила, шагом его установки и другими параметрами, лучше всего применять справочники.

Диапазон размеров стропильного бруса лежит в пределах от 40х150 до 100х250 мм. Длина стропила определяется углом наклона и расстоянием между стенами.

Увеличение наклона крыши влечёт за собой увеличение длины стропильного бруса, и, соответственно, увеличение площади поперечного сечения бруса. Это необходимо для того, чтобы обеспечить необходимую прочность конструкции. В то же время уровень снеговой нагрузки снижается, а это значит, что устанавливать стропила можно с большим шагом. Но увеличивая шаг, вы увеличиваете общую нагрузку, которая будет воздействовать на стропильный брус.

Делая расчёт, обязательно учитывайте все нюансы, такие, как влажность, плотность и качество пиломатериалов, если строится кровля из дерева, толщину применяемого проката — если кровля из металла.

Основной принцип расчётов заключается в следующем — величина нагрузки, действующей на крышу, определяет размер сечения бруса. Чем больше сечение, тем прочнее конструкция, но тем больше и её общая масса, а соответственно больше нагрузка на стены и фундамент здания.

Как вычислить длину стропил двускатной крыши

Жёсткость конструкции стропильной системы является обязательным требованием, и её обеспечение исключает прогиб при воздействии нагрузок. Стропила прогибаются в случае допущенных ошибок в расчётах конструкции и величины шага, с которым устанавливается стропильный брус. В случае, когда данный дефект выявлен после окончания работ, необходимо укрепить конструкцию с помощью подкосов, тем самым вы увеличите её жёсткость. При длине стропильного бруса более 4,5 м применение подкосов является обязательным, так как прогиб будет образовываться в любом случае под воздействием собственного веса бруса. Данный фактор обязательно принимается во внимание при выполнении расчётов.

Длина стропил зависит от месторасположения их в системе

Определение расстояния между стропилами

Стандартный шаг, с которым выполняется установка стропил в жилом доме, составляет порядка 600–1000 миллиметров. На его величину влияет:

• расчётная нагрузка;
• сечение бруса;
• характеристика кровли;
• угол наклона крыши;
• ширина материала утеплителя.

Не рекомендуется искусственно уменьшать или увеличивать шаг стропил

Определение необходимого числа стропил происходит с учётом шага, с которым они будут устанавливаться. Для этого:

1. Выбирается оптимальный шаг установки.
2. Длина стены делится на выбранный шаг и к полученному значению прибавляется единица.
3. Полученное число округляется до целого.
4. Повторно делится длина стены на полученное число, тем самым определяется нужный шаг монтажа стропил.

Для того чтобы высчитать требуемое количество стропил, необходимо учесть межосевое расстояние между ними.

Площадь стропильной системы

При вычислении площади двускатной крыши требуется учитывать такие факторы:

1. Суммарную площадь, которая состоит из площади двух скатов. Исходя из этого определяют площадь одного ската и полученное значение умножают на число 2.
2. В случае, когда размеры скатов различаются между собой, площадь каждого ската находится индивидуально. Суммарная площадь вычисляется сложением полученных значений для каждого ската.
3. В случае, когда один из углов ската больше или меньше 90^о, для того чтобы определить площадь ската, его «разбивают» на простые фигуры и вычисляют их площадь по отдельности, а затем складывают полученные результаты.
4. При вычислении площади не учитывается площадь дымоходных труб, окон и вентиляционных каналов.
5. Учитывается площадь фронтонных и карнизных свесов, парапетов и брандмауэрных стен.

Расчёт стропильной системы зависит от типа крыши

Например, дом имеет длину 9 м и ширину 7 м, стропильный брус имеет длину 4 м, свес карниза — 0,4 м, свес фронтона — 0,6 м.

Значение площади ската находится по формуле S = (L_дд+2×L_фс) × (L_c+L_кс), где:

• L_дд – длина стены;
• L_фс – длина свеса фронтона;
• L_c – длина стропильного бруса;
• L_кс – длина свеса карниза.

Получается, что площадь ската равна S = (9+2×0,6) × (4+0,4) = 10,2 × 4,4 = 44,9 м².

Суммарная площадь крыши составляет S = 2 × 44,9 = 89,8 м².

Если в качестве кровельного материала используется черепица или мягкое покрытие в рулонах, то длина скатов станет на 0,6–0,8 м меньше.

Размер двускатной кровли рассчитывают с целью определения требуемого количества кровельного материала. С увеличением угла наклона крыши увеличивается и расход материала. Запас должен составлять порядка 10–15%. Он обусловлен укладкой внахлёст. Для определения точного количества материала с учётом наклона скатов лучше всего использовать справочники.

Видео: стропильная система двускатной крыши

https://youtube.com/watch?v=fOlIW8FXVP8

Как рассчитать длину стропил вальмовой крыши

Несмотря на разнообразие типов крыш, их конструкция состоит из одних и тех же элементов стропильной системы. Для крыш вальмового типа:

1. Коньковая опорная балка или коньковый брус — является несущим элементом конструкции кровли вальмового типа. К нему выполняется крепление диагональных стропил. Длина бруса рассчитывается по формуле: L_конька = L — D, где L и D равны длине и ширине сторон здания.
2. Центральное стропило — брус, который располагается по краю стропильной системы и формирует угол наклона фронтонного ската крыши. Верхним краем упирается в коньковый брус. Длина центральных стропил рассчитывается по формуле: L_{центр.стропил} = h² + d², где h — высота конька, а d — расстояние от торца конька до стены.
   

   В вальмовой крыше есть несколько типов стропил

3. Промежуточные или рядовые стропила — образуют поверхность трапециевидного ската. Устанавливаются согласно рассчитанному шагу. Длина рядовых стропил рассчитывается по аналогичной формуле для центральных стропил.
4. Диагональные стропила (боковые, рёбра, накосные или угловые стропила) — стропильный брус, который верхним краем упирается в торец конька, а нижней частью — в угол дома. Диагональные стропила обуславливают форму скатов кровли. Длина диагональных стропил рассчитывается по формуле: L_{диаг. стропил}=√(L²+d²), где L — длина центрального стропила, а d — расстояние от нижней части стропильного бруса до угла дома.
   

   Для строительства вальмовой крыши нужно расчитать размеры каждого стропила в отдельности

5. Нарожники или короткие стропила — короткий стропильный брус, который верхним концом монтируется к диагональному стропилу и формирует угловую часть трапециевидного ската. Длина нарожников рассчитывается по следующим формулам:
   • первый нарожник L₁ = 2L/3, где L — длина промежуточного стропила;
   • следующий нарожник L₂ = L/3, где L — длина промежуточного стропила.
6. Расчёт необходимого удлинения стропил для образования свеса карниза выполняется по формуле DL = k/cosα, где k — расстояние от края свеса карниза до стены, cosα – косинус угла наклона кровли.
7. Угол наклона рядовых стропил определяется по формуле Β = 9^о — α, где α – угол наклона ската кровли.

Видео: стропильная система вальмовой крыши

Что влияет на угол наклона стропил

Например, наклон односкатной кровли равен порядка 9–20^о, и зависит от:

• типа кровельного материала;
• климата в регионе;
• функциональных свойств строения.

В случае, когда у кровли имеется два, три или четыре ската, то кроме географии строительства влияние будет оказывать и назначение чердачного помещения. Когда назначение чердака будет состоять в хранении различного имущества, то большая высота не требуется, а в случае использования в качестве жилого помещения потребуется оборудование высокой крыши с большим углом наклона. Отсюда и вытекает:

• внешний вид фасадной части дома;
• применяемый материал кровли;
• влияние погодных условий.

Естественно, что для местности с сильным ветром оптимальным выбором будет крыша с малым углом наклона — для снижения ветровой нагрузки на конструкцию. Это относится и к регионам с жарким климатом, где зачастую количество осадков минимально. В областях с большим количеством осадков (снег, град, дождь) требуется максимальный угол наклона кровли, который может составлять до 60^о. Такая величина угла наклона минимизирует снеговую нагрузку.

Угол наклона ската любой крыши во многом зависит от особенностей климата

В итоге для правильного расчёта угла наклона кровли требуется учитывать все вышеуказанные факторы, поэтому расчёт будет вестись в диапазоне величин от 9^о до 60о^. Очень часто результат расчётов показывает, что идеальный угол наклона лежит в пределах от 20^о до 40^о. При этих значениях допускается применение почти всех типов кровельных материалов — профнастила, металлочерепицы, шифера и прочих. Но следует учесть, что каждый кровельный материал также имеет свои требования к конструкции крыш.

Не имея в распоряжении размеров стропил нельзя начать возведение крыши. Отнеситесь к данному вопросу со всей серьёзностью. Не ограничивайтесь только расчётами стропильной системы, выбором её конструкции и определением действующих нагрузок. Строительство дома является цельным проектом, в котором все взаимосвязано. Ни в коем случае не следует рассматривать по отдельности такие элементы, как фундамент, несущая конструкция стен, стропила, кровля. Качественный проект обязательно учитывает все факторы комплексно. И если планируется строительство жилья для собственных нужд, то лучшим решением станет обращение к специалистам, которые решат насущные вопросы и выполнят проектирование и строительство без ошибок.