Стропильная балка: особенности конструкции

Стропильная балка: основные виды и особенности монтажа

Любое помещение имеет крышу, которая, как правило, имеет наклонную форму. Именно такая форма помогает ей не особо поддаваться под влияние осадков в виде снега или дождя. Выбирать наклон свой крыши человек может самостоятельно, благодаря стропильной системе, которая состоит из балок.В данной статье мы поговорим о том, что же такое стропильная балка, где она применяется, как производить монтаж.

Крыша — это верхняя часть здания. Она больше чем другие части здания противостоит природным явлениям: солнечные лучи, дожди и талая вода, тяжелый снежный покров, сильные порывистые ветра.

Поэтому данная конструкция должна отвечать требованиям прочности, всем возможным видам изоляции, а кровельные материалы должны иметь химическую и радиационную стойкость и быть стойкими к морозам.

Основными же конструкциями, выдерживающими нагрузки, являются составные балки и стропильные фермы.

Стропильные балки являются незаменимой частью всей конструкции крыши. Не важно, из какого материала они изготовлены – из древесины, металла или железобетона.

Их укладывают на мауэрлаты и прогоны, имеющие форму подстропильных брусьев, которые, в свою очередь, обрабатываются антисептиками и укладываются на стены.

Они обязательно должны находиться в 45 сантиметрах от верхнего слоя чердака. Прогоны же стоит укладывать на расстоянии от трех до пяти метров друг от друга и давать им опору на стойки. Каждую из всех стропил укладывают на эти системы с расстоянием в два метра друг от друга.

Выбор стропил для стропильной конструкции зависит от многих факторов: уклона кровли, применяемых кровельных материалов, а также от снеговой и ветровой нагрузки.

Выделяют такие виды балок, в зависимости от профиля:

• односкатные с параллельными поясами (а)
• с ломаным или криволинейным верхним поясом (б)
• двускатные трапециевидные (в)

Виды балок

Односкатные стропила применяются в зданиях с небольшими пролетами. Двускатные наклонные стропила – в общественных и жилых зданиях, которые имеют клоны или внутренние несущие стены.

Материалы изготовления конструкций (ферм):

• фермы стропильные деревянные;
• фермы металлические стропильные (алюминиевые или стальные);
• фермы железобетонные;
• из полимерных материалов.

Фермы стропильные металлические применяются:

• покрытие зданий;
• мачты;
• пролётные строения мостов;
• гидротехнические затворы;
• опоры линий электропередачи.

Фермы стропильные железобетонные используют в тех же случаях, что и металлические, то есть абсолютно на Ваш выбор.

Совет!Не занимайтесь производством балок самостоятельно. Лучше будет, если вы скажете все данные по Вашей крыше (угол наклона, тип здания и т.д.) и Вам их изготовят на заказ. Поскольку в цехах используется профессиональный инструмент, что снизит риск того, что балка будет негодной.

Монтаж стропильной системы

Для произведения монтажа стропильной системы крыши Вам понадобится определенный материал и инструмент :

1. Стропила , размер которых должен полностью соответствовать проектной документации. Обычно это брусок размера 100-200х100-200х4000-6000 мм;
2. Всевозможный гидроизоляционный материал (можете использовать обычный рубероид.);
3. Топор;
4. Простой карандаш;
5. Доски – 6 шт. , размер которых должен составлять 25х4000-6000мм. Ширина не будет иметь значение, но не менее 100 мм;
6. Крепежный материал: скобы металлические гвозди (от 75-и до 200-и), саморезы (6-12 мм х70-150мм);
7. Гвоздодер
8. Молоток;
9. Бензопила ( можно использовать и ножовку по дереву);
10. Уровень (1000 мм);
11. Рулетка ( не менее 10 метров);
12. Сверла( диаметр 4-10мм (все зависит от размера Ваших скоб));
13. Дрель.

1. Перед началом работы Вам следует четко определится с каким типом конструкции стропильной системы будете работать. Только после этого приступать к работе. После того, как тип системы выбран, можете начинать монтаж. Процесс монтажа покажем на примере мансардной стропильной системы, поскольку стропильные фермы металлические редко применяют при строительстве жилого дома.
2. Изготавливается шаблон фермы из досок.

Чтобы выполнить данную операцию мы берем две доски и соединяем их края гвоздем. Тоесть мы получим конструкцию в виде ножниц.

Обратите внимание!Чтобы крышу не сносило ветром, следует провести усиление стропил .Для этого каждую балку нужно закрепить проволочной скруткой не тоньше 4мм, при этом крепление осуществляется к вмонтированным в стены костылям, либо к железобетонным элементам перекрытия.

1. Следующим шагом будет установка свободных краев на опоры, которые в будущем будут поддерживать наши стропила.

После того, как скат крыши подобран, фиксируем угол, образовавшийся между досок при помощи поперечной перекладины.

1. Затем шаблон опускается на балки, где с помощью карандаша отмечается угол подрезки стропил.

Процесс монтажа

Шаблон выполняется из досок. Это облегчает процесс выбора угла при монтаже стропильной системы.

Чтобы избежать нагрузок при фиксации перекладины, которые могут запросто нарушить искомый угол, перекладину следует закрепить саморезами.

Обратите внимание!Данный момент очень важен при монтаже всей стропильной системы, так как от качества Вашего шаблона зависит вся надежность Вашей крыши.

1. Следующим шагом будет зарезка стропил по шаблону и непосредственная сборка их (смотреть схему ниже).

Стропила собирать следует при помощи гвоздей, саморезов и поперечной перекладины. На скрещивании стропил оптимальным вариантом будет забить три гвоздя, это позволит обездвижить их.

Далее поднимаем весь каркас и устанавливаем его на основание. Чтобы забраться на высоту, используем лестницу (соблюдайте меры безопасности. ).

Карандашом сделайте отметки на основании и на стропилах, для того чтобы потом бензопилой ( ножовкой по дереву) сделать зарезы. По такой же системе собирайте и еще одну стропильную ферму. (Примечание: основание – балка размерами 15*15 см).

1. Потом устанавливаем стропильные фермы деревянные на краях нашего здания и между ними натягиваете шнур, который будет своеобразным уровнем. Фермы следует устанавливать точно перпендикулярно основанию, этот параметр контролируете уровнем.

Выполнение пункта 6

Фермы, которые устанавливаются по краям, крепятся с двух сторон подпопорами, установленными под углом к стропилам.

1. После того, как вы установили два стропила, приступаем к сборке остальных с интервалом 60-80 см.

Совет!Собирайте конструкцию на балках, это позволит вам облегчить монтаж новых стропильных ферм.

По окончанию стропильная система должна иметь такой вид:

Окончательный вид

Между стропил будет удобно прибить несколько досок, во избежание их смещение относительно друг друга.

1. В заключительном этапе можете устанавливать поперечные планки и подпорки, все работы связанные с крепежом выполняйте при помощи саморезов, так как они удобней и служат для лучшей фиксации стропил — усиление которых нам необходимо.

По завершению монтажа стропил спокойно приступайте к монтажу обрешетки.

Для того, чтобы на мансарде было уютно и тепло не только летом ,но и зимой, стены следует обшивать панелями из дерева, а между стропилами уложите утеплитель.

Стропильная система крыши: элементы, виды, крепления, расчет

Ежедневно на земле появляются новые дома, которые строятся по абсолютно разным технологиям. Методом проб и ошибок люди выбирают для себя оптимальную конструкцию, которая будет долго и качественно им служить. Выбор системы строительства крыши – одни из важнейших вопросов, решаемых в процессе проектирования дома. В настоящее время востребованной становится стропильная система крыши, которая применяется уже довольно давно и имеет много плюсов.

Содержание

• Элементы стропильной системы крыши
• Особенности стропильной системы двухскатной крыши
• Стропильная система четырехскатной крыши: преимущества и недостатки
• Главные крепления стропильного каркаса крыши
• Пример расчета стропильной системы обычной двухскатной крыши
• Установка стропил

Стропильной системой называют несущую конструкцию крыши, которая является основой герметичности кровли и устойчивости стен. То есть, от качественно сделанной работы в этом направлении зависит, насколько долговечным будет дом. Это каркас крыши, который состоит из ряда взаимодействующих между собой деталей.

Элементы стропильной системы крыши

Это довольно сложная конструкция, и важность каждой ее составляющей части не стоит недооценивать. Вот из чего она обычно делается:

1. Стропило, или стропильная нога. Это балка, которую используют для формирования угла наклона всей крыши. Кроме того, стропило – это для кровли еще и опора. К выбору материала, из которого будет сделана стропильная нога, нужно подойти серьезно, ведь на него будет воздействовать ветер, вес людей, осадков. Поэтому данныеэлементы стропильной системы изготавливают из досок, имеющих большой размер сечения, особенно в вертикальном направлении.
2. Затяжка. Это брус или доска, соединяющая стропила, которые находятся на противоположных скатах. Она располагается горизонтально и не допускает того, чтобы стропила расползались.
3. Прогон. Это брус, который служит опорой для стропил вверху или посредине.
4. Стойка. С помощью этого элемента поддерживают прогон или стропила. Стойка – это составляющая системы, расположенная вертикально, опорой для нее зачастую служат стены.
5. Мауэрлат. Это брус чаще всего квадратной формы, опора для нижней части стропил. Мауэрлат укладывают по всему периметру строения на стены.
6. Ветровая балка. Этот элемент связывает стропила друг с другом, образовывая скат крыши. Речь идет о доске, которая прикрепляется под углом к стропильным ногам от чердака. Благодаря ветровой балке предотвращается движение стропил при сильном ветре.
7. Подкос. Стропильная система крыши предполагает наличие бруса, который должен подпирать стропила, чтобы они не прогибались. Крепят подкос под углом к вертикальным элементам строения.
8. Шпренгель. Это балка, сделанная из бревна или бруса, благодаря которой укрепляется вся конструкция. Ее расположение горизонтальное. Шпренгель находится на смежных стенах, правильно будет его установить перпендикулярно биссектрисе угла, который создают данные стены.
9. Кобылка. Это доска, которую крепят к стропилам, а именно к их нижней части. Главная роль этого элемента – создать свес кровли.
10. Нарожник. Это стропило, но укороченное, опирающееся одной стороной на мауэрлат, а другой – на диагональную ногу.

элементы стропильной системы крыши

Особенности стропильной системы двухскатной крыши

Двухскатная крыша – это наиболее распространенный вид кровли для домов до 3-х этажей включительно. Монтировать такую крышу совсем нетрудно, это можно сделать и самостоятельно. Данная установка стропильной системы предполагает наличие двух наклоненных друг к другу прямоугольных плоскостей, которые делают верхнюю часть строения треугольной.

устройство стропильной системы двухскатной крыши

Двухскатные крыши в основном состоят из стропил и мауэрлатов. Бывает наслонная и висячая стропильная система такого вида кровли. При наслонной системе стропильные ноги перекрывают крышу и имеют пролет до 7 м. Если нужно перекрыть больший пролет, прибегают к установке промежуточных опор, что увеличивает длину пролета до 12-15,5 м. Наслонные стропила имеют опоры на верхней части стен или же на венце сруба. В качестве опоры служат средние и нижние части стропильных ног.

варианты стропильной системы двухскатной крыши

Висячая стропильная система крыши – это конструкция, в которой стропила опираются на несущие стены, при этом промежуточных балок нет. Такой вид кровли приемлем для домов, в которых стены сделаны из легкого материала. Преимущество висячей системы в следующем: она отлично подходит для формирования длинных пролетов. Чтобы конструкция была прочна, используют прогоны, подкосы, стойки.

Стропильная система четырехскатной крыши: преимущества и недостатки

Четырехскатная крыша – одна из самых популярных для современных частных домов. Она имеет ряд преимуществ:

• устойчивость к ураганам;
• стойкость к деформациям;
• хорошая защита фасадов здания от осадков;
• красота внешнего вида.

Однако существуют и недостатки такой стропильной системы:

• конструкция дороже двухскатной;
• скаты уменьшают площадь чердака;
• установить четырехскатную стропильную систему самостоятельно очень сложно.

к содержанию ↑

Главные крепления стропильного каркаса крыши

Чтобы знать, как правильно делать каркас кровли, нужно понимать, какие есть основные узлы стропильной системы. Основные узлы следующие:

1. Узел крепления к балке. Стропильную ногу необходимо прикрепить к балке с помощью зуба с шипом (в стропиле) и гнезда (в балке). При этом гнездо должно иметь глубину, которая будет составлять 25-30% от объема балки. Если речь идет о крыше с углом наклона в менее чем 35°, используется узел с двумя шипами. Для создания конструкции применяются металлические шурупы, гвозди, уголки, болты, а также деревянные косынки, шипы и брусья.
2. Узел крепления к мауэрлату. Для крепления делается запил, или седло на стропиле, далее соединение фиксируется с помощью гвоздей, скоб и проволоки. Два гвоздя скрещивают между собой, а между ними по центру забывают третий. Так происходит крепление стропил двухскатной крыши и мауэрлата.
3. Узел конькового соединения. Можно крепить встык, внахлест и на коньковой брус. Чаще всего это делают внахлест, в этом случае стропильные ноги соприкасаются между собой не торцами, а плоскостями. Крепление происходит при помощи шпильки, гвоздей или болта.

узел крепления к балке

узлы крапления к мауэрлату и коньку

Видео с ошибками при строительстве стропильной системы. Так строить нельзя:

Пример расчета стропильной системы обычной двухскатной крыши

Построить стропильную крышу самостоятельно вполне реально, важно суметь правильно рассчитать количество материалов, необходимых для данных работ, а также учесть все существенные нюансы.

Необходимо рассмотреть конкретный пример расчета стропильной системы крыши, и тогда все станет совсем ясно. Итак, возьмем дом шириной в 4 м, а длиной в 6 м. При этом угол наклона стропил равняется 120°. Будет реализовано устройство крыши из металлочерепицы, между стропилами 1 м. 0,5 – припуск на козырек крыши.

• Находим высоту центральной опоры: 0,5х(Ширина дома)/tgY/2=0,5х4/1,73=1,2 м.
• Вычисляем длину стропильной ноги. Размер стропил для крыши находится так: 0,5х(Ширина дома)/sinY/2+0,5=2,8 м.
• Площадь крыши: (Длина дома)х(Длина стропильной ноги)х2=33,6 м². Это число листов металлочерепицы, которое нужно будет иметь для крыши.
• Рассчитаем длину бруса: 2х(Длина стропильной ноги)+(Ширина дома)+(Высота центральной опоры)=75,5 погонных метров.
• Поскольку длина дома 6 м, а расстояние между стропилами 1 м, необходимо будет иметь 7 стропил.

к содержанию ↑

Установка стропил

Начинать работу следует с балочных перекрытий. Чтобы понять, как установить стропила на крышу, нужно разобраться в вариантах монтажа. Если чердаком не планируют пользоваться как жильем, можно брать доски 50х150 мм. Если же надо сделать мансарду, нужен брус 150х150 мм, который будет устанавливаться на несущие стены дома.

Процесс установки стропил предполагает следующие этапы:

1. Заготовка элементов конструкции. Для этого изготавливаются доски и брусья нужного размера, используя круглопильный станок.
2. Разметка всех составляющих частей конструкции по шаблонам.
3. Сборка стропильной системы крыши согласно разметке. После завершения данных работ следует произвести маркировку всех элементов.
4. В стропильных ногах и других элементах подбираются гнезда. Все крепления производятся с помощью гвоздей, шурупов, саморезов, металлических уголков, дюбелей и проволоки.

Стропила, имеющие небольшие пролеты, вполне можно собирать вне стройки на специальных предприятиях и приобретать их уже в таком виде. Благодаря этому каркас крыши делается гораздо быстрее.

Стропильную систему не зря выбирают для монтажа крыши, ведь она проста и надежна. Зная алгоритм действий, можно создать долговечную кровлю, которая будет защищать от ветра, холода и осадков.

Видео по установке стропильной системы:

Стропильная балка: виды и правила монтажа

Все скатные крыши имеют свою стропильную систему. Уклон скатов выбирается исходя из климатических условий данного региона, желания застройщика иметь мансардное помещение, вида кровельного покрытия и прочих факторов.

Использование готовых стропильных балок вместо стропильной системы, изготавливаемой на месте, часто ускоряет весь процесс возведения здания. К тому же стропильные балки решают проблему больших пролетов, когда нет возможности использовать стропильные ноги , без риска нарушить прочность конструкции крыши.

Конструкция и виды стропильных балок

Стропильные балки, как и все элементы стропильной системы, могут изготавливаться из дерева, металла и железобетона. Но если деревянные балки можно изготовить непосредственно на месте, то железобетонные и металлические только в заводских условиях. В зависимости от профиля балки подразделяются на:

• односкатные с верхним и нижним поясами, расположенными параллельно друг другу;
• балки трапециевидные двускатные;
• с верхним поясом ломаного или криволинейного вида.

Стропильные балки не что иное, как разновидность ферм. Они используются , когда нужно перекрыть большие пространства здания, без внутренних несущих стен или других опорных элементов.

А – балка двускатная решетчатая, Б – стропильная балка с горизонтальными поясами

Состоят стропильные балки из верхнего и нижнего бруса, которые называются верхним и нижним поясом, соединенных системой вертикальных стоек и подкосов, расположенных под разными углами. Конкретное расположение стоек, подкосов, расстояние между верхним и нижним поясом определяется при проектировании здания специалистами проектировщиками. Для правильного расчета во внимание берется функциональность балок, общие нагрузки, которые зависят от многих факторов.

Односкатные балки используются, как правило, для устройства односкатных крыш жилых и промышленных зданий (пристройки, гаражи и т. п.). Стропильные балки опираются на мауэрлаты и подстропильные балки, называемые прогонами.

Материалы для изготовления подстропильных ферм

Железобетонные стропильные балки используются для перекрытия пролетов разной длины, но не более 24 метров. Пролеты длиной больше 24 м перекрываются железобетонными фермами, имеющими решетчатую конструкцию.

Чаще всего такие пролеты имеют промышленные здания и сооружения, гражданские. По железобетонным балкам могут устраиваться рельсовые пути для движения мостовых кранов, кран-балок, поэтому их расчет должен вестись только инженерами специалистами. Кроме промышленных и гражданских сооружений железобетонные фермы используются для строительства железнодорожных и автомобильных мостов, пешеходных виадуков и пр.

Короткие балки длиной до 6 м применяются для устройства покрытий пристроек, 12-метровые балки используются как ригели для последующего монтажа по ним плит покрытий или перекрытий.

Железобетонные балки имеют большой вес и для их монтажа необходимо использовать подъемную технику (автокраны, краны башенные).

Деревянные стропильные балки и фермы изготавливаются из цельного дерева, но могут быть из клееной древесины, которая мало в чем уступает по прочности цельному дереву.

В двутавровых балках по новым технологиям в качестве поперечных и угловых стоек используется сплошные листы прессованных древесных материалов. Деревянные стропильные фермы опираются на несущие стены, передавая им нагрузки от веса кровли, свой собственный вес и вес снегового покрова.

Деревянные фермы представляют собой треугольные конструкции, в которых все внутренние элементы жестко связанные между собой системой подкосов, распорок, ригелей. В заводских условиях строительные деревянные фермы выпускаются скрепленные металлическими гвоздевыми пластинами пластинами, которые устанавливаются с двух сторон на узле соединения деталей стропильной фермы.

Стропильные и подстропильные балки и фермы могут соединяться способом «паз – шип» или с применением скоб и гвоздей. Но по мере высыхания дерева такие соединения снижают прочность конструкций. Поэтому часто в стропильных фермах и балках применяют болтовое соединение, хотя и это соединение может несколько ослабить стропильные конструкции.

Для перекрытия пролетов длиной до 9 метров используются двутавровые балки, изготовленные по новым технологиям.

На деревянные стены потолочные балки укладываются с помощью врубок, устраиваемых на верхнем венце. Рекомендуется делать глухую врубку, чтобы торец балки был скрыт от воздействия атмосферных осадков. Размер и шаг, с которым располагаются балки, рассчитываются исходя из предполагаемых нагрузок на потолок дома.

При монтаже стропильных балок соблюдается минимальный размер шага -0,5 м. После этого начинают установку стропильных ферм, которые могут собираться на земле или непосредственно на крыше.

На земле собирают ферму в том случае, когда её размеры дают возможность нескольким рабочим поднять ферму на крышу без применения механизмов. Стропильные фермы, изготавливаемые из деревянных элементов большого сечения и размеров, собирают обычно на крыше. Такие тяжелые конструкции можно собирать и на земле, если существует возможность поднятия их на высоту крыши краном.

Сборка стропильных ферм на земле

Прежде чем начать сборку ферм, необходимо изготовить шаблон, по которому будут собираться все фермы. Это делается в том случае, когда крыша имеет правильные геометрические размеры. Из двух досок, соединенных на одном конце гвоздем, получаем конструкцию, напоминающую ножницы. Далее эти ножницы ставим на мауэрлат, таким образом, чтобы получить требуемый угол скатов крыши.

Получившийся угол нужно зафиксировать, прибив поперечную перекладину. Получившийся шаблон устанавливаем на потолочные балки или на мауэрлат, и отмечаем карандашом места, где нужно сделать запил.

Шаблон проще изготавливать из доски сечением 20х100мм, перекладину для надежности закрепляют саморезами.

• Для изготовления стропил берется доска сечением 50х150мм из древесины хвойных пород, высушенной до уровня влажности не более 20%.
• Приложив шаблон к стропильным ногам, делается стропильная ферма нужных размеров и с готовыми запилами.
• Сделанные две фермы поднимают на крышу и устанавливают на торцах дома, строго выверяя по вертикали. Для этого используют отвес или строительный уровень. Закрепляют их временными подкосами, которые соединяют фермы с потолочными балками, или мауэрлатом.
• После этого между крайними стропильными фермами натягивается шнур, по которому будут устанавливаться все остальные стропильные конструкции.
• Поперечные ригели на стропильных фермах прибивают на расстоянии 50 см от конька.
• Промежуточные стропильные конструкции устанавливаются с шагом, выбранным для данной крыши. Если требуется усиление стропил, устанавливаются дополнительные элементы в виде подкосов, распорок, стоек.

Стропильные фермы соединяются друг с другом при помощи временных поперечных досок. После того, как все стропильные фермы будут установлены и выверены по горизонтали и вертикали, на них укладывают обрешетку или пароизоляцию (если того требует проект).

Стропильная система двускатной крыши

В этой статье мы расскажем, что представляет собой стропильная система двускатной крыши. Мы рассмотрим основные элементы, из которых она состоит, а также их расположение в стропильной конструкции, как правильно установить деревянные стропила и как называются основные элементы стропильной системы.

• Для пролёта между несущими стенами до 6 метров
  • С основной затяжкой
  • С подстропильной затяжкой
• Для пролёта между несущими стенами от 6 до 9 метров
  • Комбинированная затяжка
  • Вертикальные опоры
• Для пролётов между несущими стенами от 9 до 14 метров

В предыдущей статье мы рассказали о преимуществах и недостатках различных видов крыш. Двускатная крыша — самая простая и надёжная конструкция для жилого дома. К тому же она подразумевает наличие чердака, что так полезно в загородном хозяйстве.

Двускатная стропильная система имеет несколько базовых разновидностей, на основе которых мастера создают индивидуальные конструкции. Мы рассмотрим их в порядке усложнения.

Для пролёта между несущими стенами до 6 метров

Этот вариант самый простой, при этом он несёт самую малую нагрузку. В нём применяются висячие стропила с основной или подстропильной затяжкой. При такой конструкции стропильная система представляет собой только стропила, соединённые на пересечении в коньке.

Подстропильная балка или затяжка — элемент стропильной системы, который соединяет горизонтальной тягой стропильные ноги противоположных скатов.

Стропильная нога или стропила — основной несущий элемент поддерживающей конструкции крыши. Из ряда стропил формируется скат крыши.

Висячие стропила — способ установки стропил, при котором отсутствуют дополнительные горизонтальные крепления (тяги).

Мауэрлат (деревянная обвязка верха стен) — основа стропильной системы. На каменные стены устанавливается в обязательном порядке.

По расположению затяжек такая кровля бывает двух видов.

С основной затяжкой

Затяжка проходит по верхам стен и опирается на них. Именно в этом случае чаще всего роль затяжки выполняет балка перекрытия. Высота от перекрытия до конька — от 1,4 до 2,5 м. Такой вариант оптимален, если планируется использовать чердачное пространство для временного хранения или просушки чего-либо.

1. Дополнительное подсобное помещение на чердаке.
2. Пространство чердака используется полностью.
3. Значительный запас воздуха — меньшие потери тепла через крышу.

Недостаток: сравнительно малый объём помещения.

С подстропильной затяжкой

Затяжка проходит на уровне ⅓ высоты от опоры стропил до конька. В этом случае нет привязки к перекрытию, и опорные стены стропил могут быть подняты на необходимую высоту. Это позволяет создавать полноценные помещения с высотой стен ½ этажа.

1. Экономия на стеновом материале второго этажа.
2. Максимально эффективное использование подстропильного пространства.
3. Возможность жилого чердачного помещения.

1. Требуется качественное утепление кровли.
2. Требуется врезка мансардных окон.

Для пролёта между несущими стенами от 6 до 9 метров

Комбинированная затяжка

При увеличении пролёта количество поддерживающих и стягивающих элементов увеличивается. Это нужно для эффективного распределения нагрузки и передачи её на стены. Висячие стропила на пролёте более 4 метров* можно устроить только одним способом — двойной (комбинированной) затяжкой. При этом длина пролёта* не должна превышать 4,5 м.

* — в данном случае под пролётом понимается длина проекции (тени) одной стропильной ноги в проектном положении.

При устройстве двойной затяжки подстропильную затяжку называют ригелем.

1 — затяжка; 2 — ригель; 3 — стропильная нога; 4 — мауэрлат

Вертикальные опоры

Зачастую приходится сращивать стропила в длину, т. к. 6 метров бывает недостаточно. В этом случае устраивают дополнительные промежуточные опоры. Они могут располагаться в разных областях относительно стропильной ноги. При этом стропила называются уже не висячими, а наслонными.

Наслонные стропила — стропильные ноги, имеющие одну или более опор. Исключение — мансардная двускатная стропильная система с двумя рядами опор, расположенными не по центру.

Бабка или центральная опора — вертикальная стойка, расположенная в месте пересечения стропил.

Прогон — сплошная доска или брус, соединяющий ряд стропил или балок.

Коньковый прогон — соединяет верха центральных стоек (бабок).

1 — затяжка; 2 — бабка; 3 — прогон; 4 — коньковый прогон

Помимо центрального ряда стоек конструкция стропильной системы может предусматривать дополнительные вертикальные опоры — в середине пролёта одной стропильной ноги. По сравнению с подкосными способами укрепления такой способ удобен тем, что не перегораживает проходы. При достаточной высоте чердака можно использовать его в качестве кладовой.

Мансардная стропильная система — частный случай двускатной кровли с вертикальными опорами. Она не имеет центрального ряда стоек, только стойки на ½ проекции стропильной ноги. В ней обязательно присутствует ригель (подстропильная затяжка). Ряд ригелей формирует потолок мансардного этажа.

Для пролётов между несущими стенами от 9 до 14 метров

При таких больших пролётах длина проекции стропил будет от 4,5 до 7 метров и в большинстве случаев не избежать сращивания стропил по длине. Это в свою очередь потребует усиления в месте соединения стропил и применения подкосов.

Подкос — упор, расположенный в проектном положении под углом.

Подкосы могут устанавливаться в разных местах стропил, но не ближе ¼ их длины к концу. Существует множество вариантов их установки. Самый простой способ — установка на лежень.

Лежень — сплошная доска или брус, установленный на несущие балки перпендикулярно им. Служит для распределения нагрузки от подкосов и стоек на балки.

1 — балка; 2 — подкос; 3 — лежень; 4 — бабка

В основном опора подкоса располагается в месте опоры бабки, особенно если они находятся на промежуточной несущей стене. В другом случае центральной опоры может не быть — только подкосы, но они должны быть закреплены к стропильной ноге ближе к середине пролёта.

Частный случай комбинированной двускатной стропильной системы — мансардный этаж с шириной пролёта помещения более 4,5 метров. В этом случае устраивается П-образная рама — прогоны из бруса 100х100, ряд вертикальных стоек по лежням на ½ или ⅔ длины проекции стропил и горизонтальная затяжка (ригель). Оставшееся пространство заполняется (раскрепляется) подкосами. Такой вид стропильной системы применяется на зданиях значительной площади.

Двускатные стропильные фермы с подкосами имеют два существенных преимущества:

• высокая несущая способность и пространственная жёсткость;
• возможность создавать прочные пологие скаты большой протяжённости.

При этом пологость скатов обусловлена малой высотой конька над перекрытием, т. е. чердак в большинстве случаев не используется.

Выбирая двускатную кровлю, помните, что помимо относительной простоты устройства и монтажа необходимо правильно организовать распределение нагрузки. Это особенно важно в районах с существенными снеговыми и ветровыми нагрузками. Весенний снег в 2,5–3 раза тяжелее зимнего, поэтому дополнительные опоры и распорки в стропильной системе не будут лишними.

Стропильная система – разновидности, расчет нагрузок, оптимальные конструкции и идеи по монтажу (95 фото)

Занимаясь выбором проекта будущего дома, обратите внимание на конструкцию будущей крыши. Самыми простыми принято считать односкатные и двухскатные крыши. Хотя, не каждого клиента может полностью устраивать простой внешний вид его будущего сооружения.

На самом деле 2-скатная крыша самая надёжная и распространенная конструкция среди архитекторов и строителей, её предпочитают и благодаря простоте своего сооружения.

За такую крышу может взяться даже непрофессиональный специалист без опыта и строительного образования, и при этом справиться с поставленной задачей на отлично.

Мы же с Вами давайте поближе рассмотрим все виды стропильных систем, которые могут применяться в строительстве. Получив необходимый минимум информации, можно будет сразу же разобраться в сложностях построения той или иной стропильной конструкции и определиться с выбором будущей стропильной системы.

Как было замечено выше, специалисты рекомендуют применять двухскатную стропильную систему, объясняя это многочисленными плюсами и богатыми возможностями данной конструкции.

Двускатная крыша (разновидности стропильной системы)

Существует 3 вида двухскатных крыш:

• наклонные стропила;
• висячие стропила;
• комбинированные стропила (включают в себя конструкцию из наклонных и висячих стропил).

Висячий тип стропил применяется, когда расстояние между стенами дома не превышает 10 метров и отсутствуют промежуточные конструкции-перегородки и стены. Такая крыша дает определенную нагрузку на несущие стены.

Понизить уровень сопротивления можно при помощи затяжки, формирующей треугольник у основания из металла или дерева. Роль затяжек обычно берут на себя балки перекрытия. Их применяют в качестве конструкций чердачного этажа.

Когда расстояние между внешними стенами свыше 10 метров, используется опорная балка.

Факторы, оказывающие влияние на выбор той или иной конструкции крыши:

• Уровень осадков в данном регионе;
• Материальные возможности хозяина дома;
• Применяемый кровельный материал (мягкая черепица или керамическая);
• Использование пространства крыши в качестве жилого или нежилого помещения. Оборудование чердачного этажа или полноценного жилого пространства с комнатами или зоной отдыха;
• Погодные условия и климат.

Специалисты по кровельным системам и архитекторы особое внимание уделяют уровню осадков в выбранной местности, обилию и плотности снегопадов (дождей). В заснеженных северных регионах не используют крыши с малым углом наклона скатов. Снег на таких крышах задерживается и может привести, как минимум, к деформации конструкции или к полному разрушению крыши и дома.

Виды стропильных систем

Как было отмечено чуть выше, самыми надежными считаются односкатные и двухскатные стропильные системы, но бывают и другие виды стропильных систем.

В зависимости от погодных условий, назначения будущего сооружения, особенностей местностей, специалистами применяются различные виды конструкций крыш: односкатные, двухскатные, плоские, вальмовые, многощипцовые, четырёхскатные, полувальмовые, ломаные, мансардные, полувальмовые. Ознакомиться с фото стропильных систем можно ниже.

Двускатная крыша своими руками

Убедив Вас в том, что двухскатная крыша самый оптимальный выбор для Вашего дома, рассмотрим устройство стропильной системы.

Напомним, что крыша должна обладать должным запасом прочности и выдерживать природные нагрузки — сильный ветер, осадки (снег, град, дождь). Сюда же можно отнести вес человека и кровли.

При грамотном построении крыши с 2-мя скатами, нагрузка на стены распределяется равномерно. Такая конструкция крыш чаще всего применяется при одноэтажной застройке.

Расчет крыши с двумя скатами

Выполняя расчет стропильной системы двухскатной крыши, следует уделить внимание используемому материалу (кровли), а также техническим требованиям в сфере архитектуры и строительства:

Угол наклона двухскатной крыши должен быть более 5°. В некоторых случаях этот показатель достигает отметки в 90°.

В той местности, где погодные условия не самые лучшие и постоянно прослеживаются дожди и снег, скаты делаются крутыми. В подобной ситуации угол выбирают в пределах 35-40°. Тогда это предотвращает задержку воды и снега на поверхности крыши.

Однако, с таким углом кровли невозможно возвести дополнительный этаж с чердачными помещениями. Выходом из ситуации послужит ломаная стропильная система крыши. Сверху такая конструкция будет пологой, а снизу с резким уклоном.

Пологие крыши активно применяются в местностях с сильными порывами ветра. При постоянном ветре уклон делают 15-20°, чтобы защитить покрытие кровли.

Оптимальным выбором будет что-то промежуточное, когда скат подбирается не самый крутой. Обратите внимание, чтобы наклон не был слишком пологим.

Не стоит делать слишком большой угол наклона, это повлечет за собой дополнительные расходы на сооружение крыши из-за парусности будущей конструкции крыши.

Выполняя монтаж стропильной системы, сначала следует ознакомиться с основными элементами конструкции:

• Мауэрлат — брус, крепящийся по периметру дома на верхнюю плоскость стен;
• Опоры и стойки;
• Лежни — опорная система брусьев, монтируемые на колонные или несущую систему перегородок;
• Прогоны — элементы опоры, укладываемые вдоль оси конструкции крыши, используются стойки;
• Балки перекрытия.

Висячие стропила своими руками

Стропильная система своими руками на примере висячих стропил подразумевает на первом этапе установку балки перекрытия и мауэрлата. Полное отсутствие каких-либо опор (вертикальных, горизонтальных). Не требуется установка стоек и прогонов.

По шаблону размечают центральную часть крыши, где будет располагаться конек. Для этого используют доски фронтоны прибитые по центру. На самих фронтонах делают пометки высоты будущей конструкции кровли.

Стропила своими руками: расчет нагрузок, этапы монтажа

Монтаж стропильной системы своими руками – сложный процесс, требующий строгого соблюдения технологии и безошибочных расчетов.

На несущую конструкцию действуют постоянные нагрузки, учитывая которые выбирают шаг, сечение стропильных ног, элементов обрешетки и контробрешетки и др.

Предлагаем ознакомиться с поэтапным процессом монтажа стропил и их расчетом.

Материал для стропил

Для монтажа стропил используют брус или доску определенного сечения, которое рассчитывается в процессе проектировки с учетом всех нагрузок.

Применяют только тщательно просушенные, обработанные антисептиком и огнеупорным составом заготовки, у которых минимальное количество сучков и отсутствуют даже мелкие трещины.

Влажность древесины должна находиться в пределах 20-23 процентов.

Некоторые фирмы предлагают уже заготовленные и нужным образом подготовленные стропильные «ноги».

Их достаточно правильно собрать на месте строительства.

Есть также готовые стропильные фермы.

Их монтаж еще более упрощается.

Металлические конструкции

Крайне редко используют металлические стропила.

У них много недостатков: дороговизна, большой вес (оказывается дополнительная нагрузка на стены и фундамент), необходимость привлечения крана, появление ржавчины на сварочных швах и т.д.

Металлическую систему в основном применяют для промышленных построек.

Комбинированные элементы

Минус дерева в том, что оно со временем деформируется под воздействием нагрузок.

Поэтому используют комбинированные стропила из деревянных и металлических элементов.

Металлические применяются для повышения несущей способности конструкции.

К ним относятся ригели, подкосы, бабки и т.п.

Минусом такой стропильной системы является накопление конденсата на металле, что в свою очередь может спровоцировать загнивание деревянных частей.

Элементы стропильных конструкций

Конструктивно стропильная система состоит из следующих элементов:

1. Стропильные ноги, образующие скелет крыши.
2. Мауэрлаты – брусья, которые укладываются по периметру стен. На них опираются стропильные ноги.
3. Вертикальные стойки, на которые опирается «конек» крыши.
4. Коньковый прогон.
5. Подкосы. Их применение позволяет использовать стропила меньшего сечения при неизменной нагрузке, а также увеличить длину пролетов между стенами.
6. Ригели. Они предотвращают прогиб стропильных ног.
7. Затяжки. Необходимы для того, чтобы снизить нагрузку на стены.
8. Обрешетка и контробрешетка.

Стропильные системы

Висячие стропила опираются на две стены, а наслонные – на три.

Вместо средней стены могут использоваться отдельно стоящие опоры.

Конструктивные элементы висячей конструкции:

• стропильные ноги;
• балки чердачного перекрытия, выступающие в роли нижних затяжек;
• ригель.

Иногда дополнительно используют бабки (вертикальные стойки) и подкосы, получая тем самым надежную конструкцию.

Наслонными называют стропила, которые опираются на три стены.

Они состоят из стропильных ног, мауэрлатов, вертикальных стоек, ригелей, подкосов.

Применяют такую систему на практике тогда, когда расстояние между опорными стенами не более 6.5 метров.

Мауэрлат делается в том случае, если стены дома выполнены из кирпича, пеноблоков и тому подобных материалов.

Еще о креплении стропил к мауэрлату.

Как покрыть крышу профнастилом здесь. Отдельно рассмотрены случаи беседки, бани и гаража.

Вычисления

Чтобы максимально упростить расчеты, воспользуйтесь специализированными программами или онлайн-сервисами.

Так вы сэкономите драгоценное время.

Последовательность расчета стропильной системы

Расчет начинается с определения всех нагрузок, которые будут действовать на крышу после ее монтажа.

К ним относятся:

1. ветровые нагрузки;
2. снеговые нагрузки;
3. вес кровельного покрытия;
4. вес обрешетки, контробрешетки и чернового настила;
5. вес утеплителя при его наличии;
6. вес стропильной системы со всеми элементами.

Проведя все расчеты, без проблем выбирают нужное сечение стропильных ног и досок обрешетки, а также шаг их установки.

Она не должна развалиться под собственным весом и прочими нагрузками.

Определение снеговой нагрузки

Для расчета используют карту снеговых нагрузок России.

По ней необходимо найти номер своего региона, затем по таблице посмотреть, сколько килограммов снега оседает на один квадратный метр покрытия крыши.

Полная нагрузка рассчитывается с учетом всей площади крыши.

Однако полученное значение является усредненным.

Рассчитать максимально возможную нагрузку на скаты крыши можно следующим образом:

1. По таблице находят значение (S), соответствующее региону проживания;
2. Определяют угол уклона скатов. Для этого высоту крыши делят на половину пролета, после чего по таблице ниже выбирают соответствующее значение;
3. Высчитывают значение коэффициента m из учета уклона скатов.
   Если уклон меньше 30 градусов, то m = 1,
   если от 60 и выше град., то m = 0,
   если от 30 до 60 град., то значение находят по формуле m = 0.033x(60-«угол ската»);
4. Находят максимальную нагрузку на крышу по формуле Smax=S*m.

Нахождение ветровой нагрузки

Расчет ведется по данным из карты ветровых нагрузок и нескольким формулам, как в первом случае.

Также задействуют таблицу нормативного давления ветра и таблицу с коэффициентами.

Расчет ведется в следующем порядке:

1. По карте находят значение воздействия ветра на 1 квадратный метр крыши из учета района проживания (W0);
2. По таблице «Значение коэффициента k» находят коэффициент, учитывая высоту дома и местность, в которой он расположен;
3. Исходя из угла уклона скатов крыши, выбирают аэродинамический коэффициент (C). Он находится в пределах от -1.8 (α меньше 30 градусов) до + 0.8 (α больше 30 град.)
4. Находят по формуле Wm= Wo·K·C значение нагрузки от ветра.

Вес кровли

Нагрузка выбирается из таблицы.

Вес элементов стропильной системы: обрешетки, чернового покрытия и т. д.

Пользуются приведенными ниже данными.

Для последующего расчета сечения стропил, обрешетки, контробрешетки и их шага полученные значения суммируют.

Расчет сечения, длины и шага стропил

Порядок расчета следующий:

1. Находят давление на 1м2 стропильной ноги. Для этого значение нагрузки на квадратный метр крыши умножают на коэффициент 0.8 (шаг стропил).
2. По таблице подбирают необходимое сечение и длину стропил исходя из полученных данных.
3. Дополнительно длину стропил можно всегда найти по теореме Пифагора + прибавить несколько сантиметров на карнизный свес.

Сбор и установка стропильной фермы

Последовательность работ отличается в зависимости от многих параметров.

Мы рассмотрим вариант сборки и монтажа фермы для крыши с двумя скатами для дома из дерева.

Работа ведется в несколько этапов:

1. Вначале по периметру стен укладывают мауэрлат (брусья 10×10 или 15×15 см.) и крепят его при помощи анкеров. На углах бруски стыкуются между собой методом вырубки вполдерева и закрепляются болтами.Предварительно под мауэрлат подстилают рубероид.
2. Приступают к монтажу стропильной фермы. Для этого определяются с типом системы стропил: висячая или наслонная и делают заготовку с учетом всех составляющих, используя брусья или доски заранее подобранного сечения и длины.
3. Заготовленную ферму поднимают на крышу и крепят к мауэрлату на фронтоне.
4. Аналогично делают вторую ферму и устанавливают ее на противоположном фронтоне.
5. Между фермами натягивают шнур у конька, после чего выставляют промежуточные фермы с выбранным ранее шагом, затем временно скрепляют их между собой досками.
6. Когда все «треугольники» выставлены, на стыке скатов крепят коньковый прогон, после чего приступают к монтажу обрешетки и устройству кровельного пирога. Шаг обрешетки зависит от типа кровельного покрытия (указывает производитель).
7. На обрешетку стелется кровельный материал (металлочерепица, ондулин и т. д. ).
8. Далее приступают к утеплению крыши изнутри и монтажу чернового и чистового пола.

Вход в чердачное помещение

Вход в чердачное помещение делается без проблем.

После установки фронтонов их начинают «зашивать» досками.

Можно сразу провести разметку и оставить необходимое отверстие под дверь свободным.

А можно полностью «зашить» фронтон, после чего вырезать вход для двери пилой.

Далее останется установить дверную коробку, наличники, саму дверь, врезать замки и поставить ручки…

Как рассчитать стропила для крыши: определение длины, сечения и нагрузки на стропила

Проектирование и грамотные расчеты элементов стропильной конструкции – залог успеха в строительстве и в последующей эксплуатации крыши. Она обязана стойко сопротивляться совокупности временных и постоянных нагрузок, при этом по минимуму утяжелять постройку.

Для производства вычислений можно воспользоваться одной из многочисленных программ, выложенных в сети, или все выполнять вручную. Однако в обоих случаях требуется четко знать, как рассчитать стропила для крыши, чтобы досконально подготовиться к строительству.

Содержание

Специфика расчета стропильного каркаса

Стропильная система определяет конфигурацию и прочностные характеристики скатной крыши, выполняющей ряд значимых функций. Это ответственная ограждающая конструкция и важная составляющая архитектурного ансамбля. Потому в проектировании и расчетах стропильных ног следует избегать огрехов и постараться исключить недочеты.

Как правило, в проектных разработках рассматривается несколько вариантов, из которых выбирается оптимальное решение. Выбор наилучшего варианта вовсе не означает, что нужно составить некое число проектов, выполнить для каждого точные вычисления и в итоге предпочесть единственный.

Сам ход определения длины, монтажного уклона, сечения стропилин заключается в скрупулезном подборе формы конструкции и размеров материала для ее сооружения.

Например, в формулу вычисления несущей способности стропильной ноги первоначально вводят параметры сечения наиболее подходящего по цене материала. А если результат не соответствует техническим нормам, то увеличивают или уменьшают размеры пиломатериала, пока не добьются максимального соответствия.

Метод поиска угла наклона

У определения угла уклона скатной конструкции есть архитектурные и технические аспекты. Кроме пропорциональной конфигурации, наиболее подходящей по стилистике здания, безукоризненное решение должно учитывать:

• Показатели снеговой нагрузки. В местностях с обильным выпадением осадков возводят крыши с уклоном от 45º и более. На скатах подобной крутизны не задерживаются снежные залежи, благодаря чему ощутимо сокращается суммарная нагрузка на кровлю, стопила и постройку в целом.
• Характеристики ветровой нагрузки. В районах с порывистыми сильными ветрами, прибрежных, степных и горных областях, сооружают низко-скатные конструкции обтекаемой формы. Крутизна скатов там обычно не превышает 30º. К тому же ветра препятствуют образованию снежных залежей на крышах.
• Масса и тип кровельного покрытия. Чем больше вес и мельче элементы кровли, тем круче нужно сооружать стропильный каркас. Так надо, чтобы сократить вероятность протечек через соединения и уменьшить удельный вес покрытия, приходящийся на единицу горизонтальной проекции крыши.

Для того чтобы выбрать оптимальный угол наклона стропилин, проектом необходимо учесть все перечисленные требования. Крутизна будущей крыши обязана соответствовать климатическим условиям выбранной для строительства местности и техническим данным кровельного покрытия.

Правда владельцам собственности в северных безветренных областях следует помнить, что при увеличении угла наклона стропильных ног возрастает расход материалов. Сооружение и обустройство крыши крутизной 60 — 65º обойдется приблизительно в полтора раза дороже, чем возведение конструкции с углом в 45º.

В местностях с частыми и сильными ветрами не стоит слишком сокращать уклон в целях экономии. Излишне пологие крыши проигрывают в архитектурном отношении и не всегда способствуют снижению цифры расходов. В таких случаях чаще всего требуется усиление изоляционных слоев, что в противовес ожиданиям эконома приводит к удорожанию строительства.

Уклон стропилин выражается в градусах, в процентах или в формате безразмерных единиц, отображающих отношение половины метража пролета к высоте установки конькового прогона. Понятно, что градусами очерчивается угол между линией потолочного перекрытия и линией ската. Процентами редко пользуются из-за сложности их восприятия.

Самый распространенный метод обозначения угла наклона стропильных ног, применяемый как проектировщиками малоэтажных строений, так и строителями, это безразмерные единицы. Они в долях передают отношение длины перекрываемого пролета к высоте крыши. На объекте проще всего найти центр будущей фронтонной стенки и установит в нем вертикальную рейку с отметкой высоты конька, чем откладывать углы от края ската.

Расчет длины стропильной ноги

Длину стропилины определяют после того, как выбран угол наклона системы. Оба указанных значения нельзя отнести к числу точных величин, т.к. в процессе вычисления нагрузки как крутизна, так и следом за ней длина стропильной ноги может несколько изменяться.

К основным параметрам, влияющим на проведение расчетов длины стропил, относится тип карнизного свеса крыши, согласно чему:

1. Внешний край стропильных ног обрезается заподлицо с наружной поверхностью стены. Стропила в этой ситуации не формируют карнизный свес, защищающий конструкцию от осадков. Для защиты стен устанавливается водосток, закрепленный на прибитой к торцевому краю стропилин карнизной доске.
2. Обрезанные заподлицо со стеной стропила наращиваются кобылками для образования карнизного свеса. Кобылки крепят к стропилинам гвоздями после сооружения стропильного каркаса.
3. Стропила изначально раскраиваются с учетом длины карнизного свеса. В нижнем сегменте стропильных ног выбирают врубки в виде угла. Для формирования врубок отступают от нижнего края стропилин на ширину карнизного выноса. Врубки нужны для увеличения опорной площади стропильных ног и для устройства опорных узлов.

На стадии расчета длины стропильных ног требуется продумать варианты крепления каркаса крыши к мауэрлату, к перепускам или к верхнему венцу сруба. Если задумана установка стропилин заподлицо с внешним контуром дома, то расчет проводится по длине верхнего ребра стропилины с учетом размера зуба, если он используется для формирования нижнего соединительного узла.

Если стропильные ноги раскраиваются с учетом карнизного выноса, то длину рассчитывают по верхнему ребру стропилины вместе со свесом. Отметим, что применение треугольных врубок ощутимо ускоряет темпы возведения стропильного каркаса, но ослабляет элементы системы. Потому при расчетах несущей способности стропилин с выбранными углом врубками применяется коэффициент 0,8.

Среднестатистической шириной карнизного выноса признаны традиционные 55 см. Однако разброс может быть от 10 до 70 и больше. В расчетах используется проекция карнизного выноса на горизонтальную плоскость.

Есть зависимость от прочностных характеристик материала, на основании чего изготовитель рекомендует предельные значения. К примеру, производители шифера не советуют выносить кровлю за контур стен на расстояние свыше 10 см, чтобы накапливающаяся вдоль свеса крыши снежная масса не смогла повредить край карниза.

Крутые крыши не принято оборудовать широкими свесами, независимо от материала карнизы не делают шире 35 – 45 см. А вот конструкции с уклоном до 30º может отлично дополнить широкий карниз, который послужит своеобразным навесом в областях с избыточным солнечным освещением. В случае проектирования крыш с карнизными выносами по 70 и более см, их укрепляют дополнительными опорными стойками.

Как вычислить несущую способность

В сооружении стропильных каркасов применяются пиломатериалы, выполненные из хвойных пород древесины. Заготовленный брус либо доска должны быть не ниже второго сорта.

Стропильные ноги скатных крыш работают по принципу сжатых, изогнутых и сжато-изогнутых элементов. С задачами сопротивления сжатию и изгибу второсортная древесина превосходно справляется. Только в случае, если элемент конструкции будет работать на растяжение, требуется первый сорт.

Стропильные системы устраивают из доски или бруса, подбирают их с запасом прочности, ориентируясь на стандартные размеры выпускаемого поточно пиломатериала.

Расчеты несущей способности стропильных ног проводятся по двум состояниям, это:

• Расчетное. Состояние, при котором в результате приложенной нагрузки конструкция разрушается. Вычисления проводятся для суммарной нагрузки, которая включает вес кровельного пирога, ветровую нагрузку с учетом этажности постройки, массу снега с учетом уклона крыши.
• Нормативное. Состояние, при котором стропильная система прогибается, но разрушение системы не происходит. Эксплуатировать крышу в таком состоянии обычно нельзя, но после проведения ремонтных операций она вполне пригодна для дальнейшего использования.

В упрощенном расчетном варианте второе состояние является 70 % от первой величины. Т.е. для получения нормативных показателей расчетные значения нужно банально помножить на коэффициент 0,7.

Нагрузки, зависящие от климатических данных региона строительства, определяются по картам, приложенным к СП 20.13330.2011. Поиск нормативных значений по картам предельно прост – нужно найти место, где расположен ваш город, коттеджный поселок или другой ближайший населенный пункт, и снять показания о расчетном и нормативном значении с карты.

Усредненные сведения о снеговой и ветровой нагрузке следует скорректировать согласно архитектурной специфике дома. Например, снятое с карты значение надо распределять по скатам в соответствии с составленной для местности розы ветров. Получить распечатку с ней можно в местной метеослужбе.

С наветренной стороны постройки масса снега будет гораздо меньше, поэтому расчетный показатель умножают на 0,75. С подветренной стороны снежные залежи будут накапливаться, поэтому умножают тут на 1,25. Чаще всего чтобы унифицировать материал для строительства крыши, подветренную часть конструкции сооружают из спаренной доски, а наветренную часть устраивают стропилинами их одинарной доски.

Если неясно, какой из скатов будет с подветренной стороны, а какой наоборот, то лучше оба умножить на 1,25. Запас прочности вовсе не помешает, если не слишком сильно повысит стоимость пиломатериала.

Указанный картой расчетный вес снега еще корректируют в зависимости от крутизны крыши. Со скатов, установленный под углом 60º, снег будет сразу сползать без малейших задержек. В расчетах для таких крутых крыш поправочный коэффициент не применяют. Однако при более низком уклоне снег уже сможет задерживаться, поэтому для уклонов 50º применяется добавка в виде коэффициента 0,33, а для 40º она же, но уже 0,66.

Ветровую нагрузку определяют аналогичным образом по соответствующей карте. Корректируют значение в зависимости от климатической специфики области и от высоты дома.

Для расчета несущей способности основных элементов проектируемой стропильной системы требуется найти максимальную нагрузку на них, суммируя временные и постоянные величины. Никто же не будет усиливать крыши перед снежной зимой, хотя на даче лучше бы поставить страховочные вертикальные распорки на чердаке.

Кроме массы снега и давящей силы ветров в вычислениях необходим учет веса всех элементов кровельного пирога: установленной поверх стропилин обрешетки, самой кровли, утеплителя, внутренней подшивки, если она применялась. Весом паро- и гидроизоляционных пленок с мембранами принято пренебрегать.

Сведения о весе материалов указываются изготовителем в технических паспортах. Данные о массе бруска и доски берутся в приближении. Хотя приходящуюся на метр проекции массу обрешетки можно рассчитать, взяв за основу тот факт, что кубометр пиломатериалов весит в среднем 500 – 550 кг/м 3 , а аналогичный объем ОСП или фанеры от 600 до 650 кг/м 3 .

Приведенные в СНиПах значения нагрузок обозначены в кг/м 2 . Однако стропилина воспринимает и держит только ту нагрузку, которая непосредственно давит на этот линейный элемент. Для того чтобы сделать расчет нагрузки именно на стропила, совокупность природных табличных значений нагрузок и массы кровельного пирога умножают на шаг установки стропильных ног.

Приведенное к линейным параметрам значение нагрузки можно уменьшить или увеличить путем изменения шага – расстояния между стропилинами. Корректируя площадь сбора нагрузки, добиваются оптимальных ее значений во имя долгой службы каркаса скатной крыши.

Определение сечения стропилин

Стропильные ноги крыш различной крутизны выполняют неоднозначную работу. На стропила пологих конструкций действует в основном изгибающий момент, на аналоги крутых систем к нему добавляется еще сжимающее усилие. Потому в расчетах сечения стропил обязательно учитывается наклон скатов.

Расчеты для конструкций с уклоном до 30º

На стропильные ноги крыш указанной крутизны действует лишь изгибающее напряжение. Рассчитываются они на максимальный момент изгиба с приложением всех видов нагрузки. Причем временные, т.е. климатические нагрузки используются в вычислениях по максимальным показателям.

У стропилин, имеющих только опоры под обоими собственными краями, точка максимального изгиба будет находиться в самом центре стропильной ноги. Если стропилина уложена на три опоры и составлена из двух простых балок, то моменты максимального изгиба придутся на середины обоих пролетов.

У цельной стропилины на трех опорах максимальный изгиб будет в районе центральной опоры, но т.к. под изгибающимся участком находится опора, то направлен он будет вверх, а не так как у предыдущих случаев вниз.

Для нормальной работы стропильных ног в системе необходимо выполнить два правила:

• Внутреннее напряжение, сформированное в стропилине при изгибе в результате приложенной к ней нагрузки, обязано быть меньше расчетного значения сопротивления пиломатериала на изгиб.
• Прогиб стропильной ноги должен быть меньше нормируемого значения прогиба, который определен соотношением L/200, т.е. прогнуться элементу разрешается только на одну двухсотую долю его реальной длины.

Дальнейшие вычисления состоят в последовательном подборе размеров стропильной ноги, которые в результате удовлетворят указанным условиям. Для вычисления сечения имеются две формулы. Одна из них используется для определения высоты доски или бруса по произвольно заданной толщине. Вторая формула применяется для расчета толщины по произвольно заданной высоте.

В вычислениях необязательно пользоваться обеими формулами, достаточно применить только одну. Полученный в итоге расчетов результат проверяют по первому и второму предельному состоянию. Если расчетная величина получился с внушительным запасом по прочности, вводимый в формулу произвольный показатель можно уменьшить, чтобы не переплачивать за материал.

Если расчетная величина момента изгиба получится больше, чем L/200, то произвольное значение увеличивают. Подбор проводится в соответствии со стандартными размерами имеющихся в продаже пиломатериалов. Так подбирают сечение до того момента, пока не будет подсчитан и получен оптимальный вариант.

Рассмотрим простой пример вычислений по формуле b = 6Wh². Предположим, h = 15 см, а W это отношение M/R_изг. Величину М вычислим по формуле g×L 2 /8, где g – суммарная нагрузка, вертикально направленная на стропильную ногу, а L – это длина пролета, равная 4 м.

R_изг для пиломатериалов из хвойных пород принимаем в соответствии с техническим нормами 130 кг/см 2 . Допустим, суммарную нагрузку мы рассчитали заранее, и она у нас получилась равной 345 кг/м. Тогда:

M = 345 кг/м × 16м 2 /8 = 690 кг/м

Чтобы перевести в кг/см делим результат на 100, получаем 0,690 кг/см.

W = 0,690 кг/см/130 кг/см 2 = 0,00531 см

B = 6 × 0,00531 см × 15 2 см = 7,16 см

Округляем результат как положено в большую сторону и получаем, что для устройства стропил с учетом приведенной в примере нагрузки потребуется брус 150×75 мм.

Проверяем результат по обоим состояниям и убеждаемся в том, что нам подходит материал с рассчитанным сейчас сечением. σ = 0,0036; f = 1,39

Для стропильных систем с уклоном свыше 30º

Стропила крыш крутизной более 30º вынуждены сопротивляться не только изгибу, но и силе сжимающей их вдоль собственной оси. В этом случае помимо проверки по описанному выше сопротивлению на изгиб и по величине изгиба нужно рассчитывать стропилины по внутреннему напряжению.

Т.е. действия выполняются в аналогичном порядке, но проверочных расчетов несколько больше. Точно также задается произвольная высота или произвольная толщина пиломатериала, с ее помощью рассчитывается второй параметр сечения, а затем проводится проверка на соответствие вышеперечисленным трем техническим условиям, включая сопротивление сжатию.

При необходимости в усилении несущей способности стропилины вводимые в формулы произвольные значения увеличивают. Если запас прочности достаточно большой и нормативный прогиб ощутимо превышает вычисленное значение, то есть смысл еще раз выполнить расчеты, уменьшив высоту или толщину материала.

Подобрать первоначальные данные для производства расчетов поможет таблица, в которой сведены общепринятые размеры выпускаемых у нас пиломатериалов. Она поможет подобрать сечение и длину стропильных ног для первоначальных вычислений.

Видео о проведении расчетов стропилин

Ролик наглядно демонстрирует принцип выполнения расчетов для элементов стропильной системы:

Выполнение расчетов несущей способности и угла установки стропил – важная часть проектирования каркаса крыши. Процесс непростой, но разобраться в нем необходимо и тем, кто производит расчеты вручную, и тем, кто пользуется расчетной программой. Нужно знать, где брать табличные величины и что дают расчетные значения.