Скатная крыша без стропильной системы подвержена разрушению. Расчет стропил включает факторы нагрузки, включая снег и ветер. Также учитываются параметры элементов стропилной системы, собираются все нагрузки и их сочетания, для более простого расчета применяется только первый способ.

[ad_1]
Вы можете себе представить человека без костей? Точно так же скатная крыша без стропильной системы больше похожа на строение из сказки про трех поросят, которую запросто сметет природной стихией. Крепкая и надежная система стропил – залог долговечности конструкции крыши. Чтобы качественно сконструировать систему стропил, необходимо выявить и рассчитать параметры, влияющие на прочность предполагаемой конструкции.Например, необходимо принять во внимание изгибы крыши, уклон скатов, аэродинамические коэффициенты, коэффициенты на неравномерное распределение снега по поверхности, силы воздействия на конструктивные элементы крыши и так далее. Рассчитать все это максимально приближенно к реальной ситуации, а также учесть все нагрузки и искусно собрать их сочетания – задача не из легких.Если хотите разобраться досконально – список полезной литературы приведен в конце статьи. Конечно, курс сопромата для полного понимания принципов и безукоризненного расчета стропильной системы в одну статью не уместить, поэтому приведем основные моменты для упрощенной версии расчета.Классификация нагрузокНагрузки на стропильную систему классифицируются на:Основные:Дополнительные – ветровое давление, вес строителей, гололедные нагрузки. Форс-мажорные – взрывы, сейсмоактивность, пожар, аварии.Для осуществления расчета стропильной системы принято рассчитывать предельные нагрузки, чтобы затем, исходя из подсчитанных величин, определить параметры элементов стропильной системы, способных выстоять против этих нагрузок.Расчет стропильной системы скатных крыш производится по двум предельным состояниям: Предел, при котором происходит разрушение конструкции. Максимально возможные нагрузки на прочность конструкции стропил должны быть меньше предельно допустимых.Предельное состояние, при котором возникают прогибы и деформация. Возникающий прогиб системы при нагрузке должен быть менее предельно возможного.Для более простого расчета применяется только первый способ.Расчет снеговых нагрузок на крышуФормула расчета снеговой нагрузки: Ms = Q × Ks × Kc, гдеMs – снеговая нагрузка;Q – масса снегового покрова, покрывающая 1м2 плоской горизонтальной поверхности крыши.Последнее, зависит от территории и определяется по карте, для второго предельного состояния – расчет на прогиб (при расположении дома на стыке двух зон, выбирается снеговая нагрузка с большим значением).Для прочностного расчета по первому типу величина нагрузки выбирается соответственно району проживания по карте (первая цифра в указанной дроби – числитель), либо берется из таблицы №1:Первое значение в таблице измеряется в кПа, в скобках нужная переведенная величина в кг/м2.Ks – поправочный коэффициент на угол наклона кровли.Для крыш с крутыми склонами с углом более 60 градусов снеговые нагрузки не учитываются, Ks=0 (снег не скапливается на круто скатных крышах).Для крыш с углом от 25 до 60, коэффициент берется 0,7.Для остальных он равен 1.Kc – коэффициент ветрового сноса снега с крыш. При условии пологой крыши с углом ската 7-12 градусов в районах на карте со скоростью ветра 4 м/с, Kc принимается = 0.85. На карте отображено районирование по скорости ветра.Коэффициент сноса Kc не учитывается в районах с январской температурой теплее -5 градусов, так как на крыше образуется ледяная корка, и сдува снега не происходит. Не учитывается коэффициент и в случае закрытия здания от ветра более высокой соседней постройкой.Снег ложится неравномерно. Зачастую с подветренной стороны формируется так называемый снеговой мешок, особенно в местах стыков, изломов (ендова). Следовательно, если вы хотите прочную крышу, делайте шаг стропил минимальным в этом месте, также внимательно относитесь к рекомендациям производителей кровельного материала – снег может обломить свес, если он неправильных размеров.Напоминаем, что расчет, приведенный выше, предложен вашему вниманию в упрощенной форме. Для более надежного расчета советуем умножить результат на коэффициент надежности по нагрузке (для снеговой нагрузки = 1,4).Расчет ветровых нагрузок на стропильную системуС давлением снега разобрались, теперь перейдем к расчетам ветрового влияния.В независимости от угла ската, ветер сильно воздействует на крышу: крутоскатную кровлю старается сбросить, более плоскую кровлю – поднять с подветренной стороны.Для расчета нагрузки ветра во внимание принимают его горизонтальное направление, при этом он дует двунаправленно: на фасад и на крышной скат. В первом случае поток разбивается на несколько – часть уходит вниз к фундаменту, часть потока по касательной снизу вертикально давит на свес крыши, пытаясь ее поднять.Во втором случае, воздействуя на скаты крыши, ветер давит перпендикулярно скату, вдавливая его; также образуется завихрение по касательной с наветренной стороны, огибая конек и превращаясь в подъемную силу уже с подветренной стороны, в связи с разницей в давлении ветра с обеих сторон.Для подсчета усредненной ветровой нагрузки используют формулу: Mv = Wo x Kv x Kc x коэффициент прочности,где Wo – нагрузка ветровая давления, определяемая по картеKv — коэффициент поправки ветрового давления, зависящий от высоты здания и местности.Kc – аэродинамический коэффициент, зависит от геометрии конструкции крыши и направления ветра. Значения отрицательные для подветренной стороны, положительные для наветренной Таблица аэродинамических коэффициентов в зависимости от уклона кровли и отношения высоты здания к длине (для двускатной крыши)Для односкатной крыши необходимо взять коэффициент из таблицы для Ce1.Для упрощения расчета значение C проще взять максимальным, равным 0,8.Для более надежных результатов советуем умножить на коэффициент запаса прочности по ветровой нагрузке = 1,2.Расчет собственного веса кровлиДля расчета постоянной нагрузки нужно рассчитать вес кровли на 1 м2, полученный вес нужно умножить на поправочный коэффициент 1,1 – такую нагрузку стропильная система должна выдерживать в течение всего срока эксплуатации.Вес кровли складывается из:объем леса (м3), используемого в качестве обрешетки, умножается на плотность дерева (500 кг/м3)веса стропильной системывес 1м2 кровельного материалавес 1м2 веса утеплителявес 1м2 отделочного материалавес 1м2 гидроизоляции.Все эти параметры легко получить уточнив эти данные у продавца, либо посмотреть на этикетке основные характеристики: м3, м2, плотность, толщина, — произвести простые арифметические операции.Пример: для утеплителя плотностью в 35 кг/м3, упакованного рулоном толщиной 10 см или 0,1 м, длиной 10м и шириной 1.2 м, вес 1 м2 будет равен (0.1 х 1.2 х 10) х 35 / (0.1 х 1.2) = 3.5 кг/м2. Вес остальных материалов можно рассчитать по тому же принципу, только не забывайте сантиметры в метры переводить.Чаще всего нагрузка кровли на 1 м2 не превышает 50 кг, поэтому при расчетах закладывают именно эту величину помноженную на 1.1, т.е. используют 55 кг/м2, которая сама по себе взята запасом.Еще данные можно взять из таблицы ниже:Шифер10 — 15 кг/м²Ондулин4 — 6 кг/м²Керамическая черепица35 — 50кг/м²Цементно-песчаная черепица40 — 50 кг/м²Битумная черепица8 — 12 кг/м²Металлочерепица4 — 5 кг/м²Профнастил4 — 5 кг/м²Вес чернового настила18 — 20 кг/м²Вес обрешётки8 — 12 кг/м²Вес стропильной системы15 — 20 кг/м² Собираем нагрузкиПо упрощенному варианту теперь необходимо сложить все найденные выше нагрузки простым суммированием, мы получим итоговую нагрузку в килограммах на 1 м2 крыши.Расчёт стропильной системыПосле сбора основных нагрузок можно уже определить основные параметры стропил. Для того чтобы определить какая распределенная нагрузка приходится на каждую стропильную ногу в отдельности, переводим кг/м2 в кг/м.Считаем по формуле: N = шаг стропил x Q, гдеN — равномерная нагрузка на стропильную ногу, кг/м шаг стропил — расстояние между стропилами, м Q – рассчитанная выше итоговая нагрузка на крышу, кг/м²Из формулы ясно, что изменением расстояния между стропилами можно регулировать равномерную нагрузку на каждую стропильную ногу. Обычно шаг стропил находится в диапазоне от 0,6 до 1,2 м. Для крыши с утеплением при выборе шага разумно ориентироваться на параметры листа утеплителя.Вообще при определении шага установки стропил лучше исходить из экономических соображений: высчитать все варианты расположения стропил и выбрать самый дешевый и оптимальный по количественному расходу материалов для стропильной конструкции.В строительстве частных домов и коттеджей, при выборе сечения и толщины стропила, руководствуются таблицей приведенной ниже (сечение стропила указано в мм). В таблице усредненные значения для территории России, а также учтены размеры строительных материалов, представленных на рынке. В общем случае, этой таблицы достаточно для того, чтобы определить, какого сечения нужно приобретать лес.Однако, не следует забывать, что размеры стропильной ноги зависят от конструкции стропильной системы, качества используемого материала, постоянных и переменных нагрузок оказываемых на кровлю.На практике при постройке частного жилого дома чаще всего используют для стропил доски сечением 50х150 мм (толщина x ширина).Самостоятельный расчет сечения стропилКак уже упоминалось выше, стропила рассчитываются по максимальной нагрузке и на прогиб. В первом случае учитывают максимальный момент изгиба, во втором – сечение стропильной ноги проверяется на устойчивость прогибу на самом длинном участке пролета. Формулы достаточно сложные, поэтому мы выбрали для вас упрощенный вариант.Если хотите все посчитать самостоятельно, выберите ширину сечения в соответствии с таблицей:Толщину сечения (или высоту) рассчитаем по формуле:a) Если угол крыши < 30°, стропила рассматриваются как изгибаемыеH ≥ 8,6 x Lm x √(N / (B x Rизг))b) Если уклон крыши > 30°, стропила изгибаемо-сжатыеH ≥ 9,5 x Lm x √(N / (B x Rизг))Обозначения:H, см — высота стропилаLm, м — рабочий участок самой длинной стропильной ногиN,кг/м — распределённая нагрузка на стропильную ногуB, см — ширина стропилаRизг, кг/см² — сопротивление древесины изгибуДля сосны и ели Rизг в зависимости от сорта древесины равен:1 сорт140 кг/см²2 сорт130 кг/см²3 сорт85 кг/см² Расчетные данные сопротивления древесины хвойных породВажно проверить, не превышает ли прогиб разрешенной величины.Величина прогиба стропил должна быть меньше L/200 — длина проверяемого наибольшего пролета между опорами в сантиметрах деленная на 200.Это условие верно при соблюдении следующего неравенства: 3,125 xNx(Lm)³ / (BxH³) ≤ 1N (кг/м) — распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги Lm (м) — рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны B (см) — ширина сечения H (см) — высота сеченияЕсли значение выходит больше единицы, необходимо увеличить параметры стропила B или H.Используемые источники:СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия с последними изменениями 2008г.СНиП II-26-76 «Кровли»СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»СНиП 3.04.01-87 «Изоляционные и отделочные покрытия»А.А.Савельев «Стропильные системы» 2000 г.К-Г.Гётц, Дитер Хоор, Карл Мёлер, Юлиус Наттерер «Атлас деревянных конструкций»

[ad_2]
Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Какие параметры необходимо учитывать при конструировании стропильной системы?
При конструировании стропильной системы необходимо учитывать изгибы крыши, уклон скатов, аэродинамические коэффициенты, коэффициенты на неравномерное распределение снега по поверхности, силы воздействия на конструктивные элементы крыши и другие факторы.

Какие типы нагрузок существуют на стропильную систему?
Нагрузки на стропильную систему классифицируются на основные, дополнительные и форс-мажорные. Основные нагрузки включают собственный вес кровли, а также снеговую нагрузку. Дополнительные нагрузки могут включать ветровое давление, вес строителей, гололедные нагрузки. Форс-мажорные нагрузки включают в себя взрывы, сейсмоактивность, пожар, аварии.

Как производится расчет снеговых нагрузок на крышу?
Формула для расчета снеговой нагрузки: Ms = Q × Ks × Kc, где Ms – снеговая нагрузка; Q – масса снегового покрова, Ks – поправочный коэффициент на угол наклона кровли, Kc – коэффициент ветрового сноса снега с крыши.

Как производится расчет ветровых нагрузок на стропильную систему?
Нагрузка ветра определяется путем умножения нагрузки ветровой давления на коэффициенты поправки ветрового давления и аэродинамический коэффициент. Для более надежных результатов следует умножить на коэффициент запаса прочности по ветровой нагрузке.

Как производится расчет собственного веса кровли?
Расчет собственного веса кровли производится путем умножения веса каждого элемента кровли на соответствующую площадь, а затем суммирования полученных значений. Полученный вес умножается на поправочный коэффициент 1,1.

Как можно самостоятельно произвести расчет сечения стропил?
Для самостоятельного расчета сечения стропил можно использовать упрощенные формулы, которые учитывают распределенную нагрузку на стропильную ногу и прогиб. Также можно использовать таблицы и рекомендации по выбору ширины и толщины стропил в зависимости от уклона кровли.