Dbo24.ru

Домашний Мастер
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет стропильной системы: простыми словами о сложных вычислениях

Расчет стропильной системы: простыми словами о сложных вычислениях

Построить крышу своими руками по силам многим, главное, чтобы размеры конструктивных элементов были подобраны правильно

Нужно рассчитать кровельный каркас, но не знаете, как это правильно сделать? Не беда, я как можно проще и доступнее расскажу о том, как проводится расчет стропильной системы, какие параметры при этом учитываются и что от них зависит.

Как рассчитать параметры?

Для расчёта параметров стропильной системы мастер должен знать:

сколько скатов крыши – один, два или больше (мансардный тип);

какова высота потолков в доме, толщина и количество несущих (и ненесущих) стен в доме;

допустимая нагрузка (в тоннах) на фундамент;

как часто бывают сильные ветры (включая штормы и ураганы) в данной местности, каковы осадки (снегопад, град – удельная частота и интенсивность выпадения);

как утепляется крыша изнутри (при обустройстве мансардного чердака под одну или несколько комнат).

Стропильная система, наряду с кровлей и обрешёткой, не должна получиться хлипкой. Если крыша пологая (с одним или двумя скатами небольшой крутизны), то она должна выдержать нескольких человек, одновременно поднявшихся на неё.

Мастеру потребуются школьные знания геометрии. Дело в том, что одно- или двускатная крыша, не говоря о мансардной, обладает внутренним пространством чердака, визуально разбитым на прямоугольные треугольники. Сторонами прямых углов в этих треугольниках являются горизонтальное перекрытие (пол чердака, являющийся потолком, вернее, его балки) и вертикальные подпорки, создающие второе ребро жёсткости.

Для односкатной крыши всё просто: одна из 4-х несущих стен (в случае одиночного прямоугольного плана дома, без изрезанной формы в виде веранды и хозпристроек, отдельно стоящей прихожей/коридора) надстраивается на один или несколько рядов кирпичей (или пеноблоков) выше. Две меньшие (боковые) пристраиваются и подгоняются соответственно. В поперечно-вертикальном разрезе чердак такого дома – единственный прямоугольный треугольник.

Двускатная крыша – 2 таких треугольника. Они необязательно могут быть равными – скаты крыши по своей ширине могут различаться, это зависит от пожеланий мастера. Здесь полезно вспомнить, например, о теореме Пифагора, гласящей об эквивалентности квадрата длины гипотенузы прямоугольного треугольника и суммы квадратов длин его же катетов, а также о синусе, косинусе и тангенсе угла.

Эти элементарные знания помогут точно рассчитать, сколько материала – доски с прямоугольным сечением или квадратного бруса – реально нужно, чтобы уложить высококачественную и надёжную стропильную опору для обрешётки и кровли.

Расчет параметров стропил состоит в следующем: мастер (и/или владелец) отталкивается от шага, выбранного с учётом индивидуальных особенностей возводимой крыши. На эту характеристику влияет определённая кровля (стальная, шифер или сотовый поликарбонат, пластиковая черепица или другая) и суммарная масса крыши (вместе с обрешёткой). Шаг стропил (и обрешётки) – 6-10 дм.

Для вычисления численности стропильных элементов определитесь с габаритами ската, поделите эту величину на шаговый интервал, затем прибавьте единицу к этому результату.

При учёте второго ската этот же результат удвойте.

Длина одного отрезка стропильной системы рассчитывается определенным образом.

Определитесь с высотой крыши. Для жилой комнаты (зоны) на чердаке высота конька крыши должна быть не менее 2-х метров.

Чтобы комната получилась повыше и реально оказалась жилой, а не служила просто чердаком либо складом, можно взять и 4-метровую высоту.

Разделите ширину дома надвое. К примеру, пусть возведено 6-метровое по ширине строение – половина расстояния равняется 3 м.

По теореме Пифагора, в данном случае длина стропил (гипотенузы) рассчитывается так:

при полуширине дома в 3 м и высоте конька крыши в 3 м получим 9+9=18, а квадратный корень из 18 – приближённо 4,24;

с учётом точной подгонки можно отпилить чуть больший кусок от бруса или доски из комплекта;

с учётом запиливания стропильных балок в конструкцию к полученной величине прибавляют до 70 см.

В данном случае, чтобы создать навесной запас (продолжительный дождь не намочит стены при некотором боковом ветре с любой стороны), возможно сразу подготовить 5-метровые доски (или отрезки бруса). Ширина стропил для постройки крыши выбирается исходя из расчёта нагрузки от крыши в сборе, типа древесины (сорт по твёрдости), выбранного для конструкции, длины стропил и шага их расположения.

Читать еще:  Способы изготовления шлакоблоков своими руками

Калькулятор расчета нагрузки на стропила для определения оптимального сечения

Для изготовления стропильных ног применяется качественный пиломатериал определенного сечения. Его прочностных характеристик должно быть гарантированно достаточно для того, чтобы конструкция крыши могла противостоять всем выпадающим на нее нагрузкам.

Калькулятор расчета нагрузки на стропила для определения их оптимального сечения

Чтобы определиться с этим параметром, придется провести некоторые вычисления. Посильную помощь сможет оказать калькулятор расчета нагрузки на стропила для определения оптимального сечения пиломатериала для их изготовления.

Цены на крепления для стропил

Необходимые пояснения по проведению расчетов будут приведены ниже.

Калькулятор расчета нагрузки на стропила для определения оптимального сечения

Алгоритм проведения расчета сечения стропильных ног

Работа будет строиться в два этапа. Вначале с помощью калькулятора будет определена распределенная нагрузка на 1 погонный метр стропильной ноги. Затем, по приложенной таблице, можно будет подобрать оптимальный размер бруса для изготовления стропила.

Шаг первый – расчет распределенной нагрузки на стропильные ноги

Калькулятор расчёта запросит следующие значения:

  • Угол уклона ската. Эта величина напрямую связана с уровнями внешних нагрузок на кровлю – снеговую и ветровую.

С крутизной ската и, соответственно, с высотой конька (конькового узла) поможет разобраться специальный калькулятор, к которому ведет ссылка.

  • Тип планируемого кровельного покрытия. Естественно, что различные покрытия имеют собственную массу, которая предопределяет статическую нагрузку на стропильную систему. В калькуляторе уже учтены не только весовые характеристики различных покрытий, но и материалы обрешетки и утепления кровли.
  • Необходимо указать зону своего региона по уровню возможной снеговой нагрузки. Ее несложно определить по расположенной ниже карте-схеме:

Карта-схема для определения своей зоны по уровню снеговой нагрузки

  • Аналогичным образом определяется и зона по уровню ветрового давления – для этого существует своя карта-схема.

Карта-схема для определения зоны по степени ветрового воздействия на кровлю

  • Необходимо учесть особенности расположения здания на местности. Для этого нужно оценить его «окружение» и выбрать одну из трех предлагаемых зон, «А», «Б» или «В».

При этом есть нюанс. Все естественные или искусственные преграды для ветра могут приниматься в расчет только в том случае, если они расположены на расстоянии от дома, не превышающем величины 30×Н, где Н – это высота здания по коньку. Например, для здания высотой 7 метров получается круг с радиусом 210 метров. Если преграды расположены дальше, то это будет считаться открытой местностью.

  • Наконец, потребуется внести высоту дома в метрах (по коньку).
  • Последнее окно калькулятора – шаг установки стропильных ног. Чем чащи они устанавливаются – тем меньше будет распределенная нагрузка, выпадающая на каждую из них, но при этом, естественно, увеличивается их количество. Можно «поиграть» значением шага, чтобы проследить динамику изменения распределенной нагрузки – так появится возможность выбрать оптимальное значение для дальнейшего определения сечения стропил.

Шаг второй – определение сечения стропильной ноги

Итак, имеется значение распределённой нагрузки, выпадающей на погонный метр стропильной ноги. Наверняка, заранее была рассчитана и длина стропила (если нет, то рекомендуется перейти к соответствующему калькулятору). С этими данными уже можно войти в таблицу для определения сечения бруса.

Таблица для определения оптимального сечения бруса для изготовления стропильных ног

Есть еще один нюанс. Если стропила получаются слишком длинными, то для повышения их жесткости часто предусматриваются дополнительные усиливающие элементы системы – стойки (бабки) или подкосы. Они позволяют уменьшить расстояние «свободного пролета», то есть между соседними точками опоры. Именно это значение и будет необходимо для вхождения в таблицу.

На иллюстрации стрелками показан пример определения сечения стропила для распределенной нагрузки в 75 кг/погонный метр и с расстоянием между точками опоры в 5 метров. В левой части таблицы можно взять любое из предлагаемых значений, которое покажется удобнее: доски или брусья с минимальными сечениями: 40×200; 50×190; 60×180; 70×170; 80×160; 90×150; 100×140. Кроме того, можно использовать и бревно с диаметром 140 мм.

Стропила – основные несущие элементы конструкции крыши

От их качества и правильности расчета зависят долговечность и надежность всей кровельной конструкции в целом. Много важной информации по этому вопросу содержит статья нашего портала «Стропила своими руками» .

Читать еще:  Особенности подключения УЗО

Расчет ветровой нагрузки

Для вычисления расчетного значения средней ветровой нагрузки на определенной высоте над уровнем земли используется следующая формула:

Где Wo – установленное нормативами значение нагрузки ветра, принимаемое из таблицы согласно ветрового района;

k — учитывающий изменение давления ветра в зависимости от высоты коэффициент, выбираемый из таблицы, в зависимости от того, в какой местности ведется строительство:

  1. В столбце «А» указываются значения коэффициента для таких местностей, как открытые побережья водохранилищ, озер и морей, тундры, степи, лесостепи и пустыни;
  2. Столбец «В» включает значения для городских районов, лесных массивов и прочих местностей, покрытых равномерно препятствиями, высота которых превышает 10 метров.

Важно: тип местности при расчете ветровой нагрузки на кровлю может изменяться в зависимости от направления ветра, используемого при расчете.

Снеговые и ветровые нагрузки

Для многих регионов России актуален вопрос снеговых нагрузок на стропила – от стропильной ноги требуется выдерживать, не деформируясь, тяжесть накопившегося снега. Чем меньше угол наклона кровли (обычно это относится к односкатной конструкции), тем выше снеговые нагрузки. Строительство практически плоской односкатной крыши требует использования стропил большого сечения и минимального шага их монтажа. При этом следует регулярно заниматься очисткой односкатной кровли, угол наклона которой не превышает 25°.

Формула S = Sg × µ позволяет вычислить снеговую нагрузку (S). При этом:

  • Sg – справочное значение веса снегового покрова на 1 квадратном метре горизонтальной поверхности (выбирается по таблице в СНиП «Стропильные системы» в зависимости от региона строительства);
  • µ — поправочный коэффициент, величина которого определяется углом наклона крыши.

Коэффициент µ равен:

  • 1,0 – угол наклона ската до 25°;
  • 0,7 – угол наклона ската от 25 до 60°.

Для крыш со скатами, угол наклона которых превышает 60°, снеговые нагрузки при расчетах не учитываются.

Для вычисления ветровой нагрузки (W) применяется формула W = Wo × k, где:

  • Wo – справочное значение ветровой нагрузки, характерной для конкретного региона (выбирается по таблице);
  • k – поправочный коэффициент, значение которого зависит от высоты сооружения и типа местности.

А – открытая местность (поле, степь, побережье);

Б – городская застройка, лес.

Пример расчета сечения стропил

Схема усиления стропильной балки.

В данном примере вы сможете увидеть, для какой крыши дома, какое количество материала и с какими характеристиками понадобится. Расчет будет вестись с использованием следующих исходных данных:

  1. Суммарная расчетная нагрузка на всю кровлю – 317 кг/м2.
  2. Нормативная нагрузка – 242 кг/м2.
  3. Уклон скатов – 30 °. В горизонтальной проекции один пролет имеет длину 450 см, состоящую из участков длиной в 300 см и 150 см.
  4. Стропила монтируются с шагом в 80 см.

Ригели крепятся при помощи болтов. Гвозди использовать нежелательно, т.к. они ослабляют материал. В случае с древесиной 2-го сорта сопротивление будет равняться 0,8. При ослабленном сечении сопротивление на изгиб составляет 104 кг/м².

Нагрузка системы рассчитывается на каждый метр погонных стропил. В рассматриваемой ситуации она составит 0,8х317=254 и 0,8х242=194 кг/м.

В случае если скат имеет угол не более 30 °, то система стропил относится к категории изгибаемых. В данном случае наибольший момент изгибания рассчитывается так: 254х(33+1,53)/8х(3+1,5)=-215 кг/м.

Используется значение в -21500 кг/м. В таком расчете знак «-» указывает на то, что изгиб действует в противоположном направлении от прикладываемой рабочей нагрузки.

Далее, вам нужно определить момент сопротивления на изгиб для стропил. Для этого разделите 21500 на 104. Получится, что сопротивление составит 207 см³.

Стропила чаще всего изготавливаются из деревянных брусков, имеющих сечение с шириной в 5 см. Для определения нужной высоты стропил с учетом расчетных данных по сопротивлению нужно сделать следующее: разделить 207 на 5, затем умножить полученные данные на 6 и извлечь из значения квадратный корень. Для данного примера результат расчета будет составлять 16 см.

Планируемая высота равняется 16 см, а сечение составляет 5 см. В соответствии с ГОСТом, максимально соответствующим этим параметрам нормативным значением является стропила с параметрами 17,5х5 см. Данное значение рассчитано для пролета длиной в 3 м.

Читать еще:  Основные виды утеплителя для стен

Вам надо определить инерционный момент для стропильной ноги. В этом примере он рассчитывается так: 5х17,53/12. Нехитрые вычисления дадут значение в 2233 см³.

После этого рассчитайте значение для прогиба. Для этого примера нужно попросту разделить 300 на 200. Расчет покажет, что значение для прогиба равняется 1,5 см.

Определите прогиб для нормативных нагрузок. Результатом расчета для этого примера является 1. Сверившись с нормативной документацией, вы увидите, что рассчитанное значение в 1 см меньше нормативного, которое составляет 1,5 см. То есть сечение в 17,5х5 см подобрано правильно, и вы можете смело использовать данный материал для обустройства стропильной системы своей кровли.

Для того чтобы система стропил вашего дома была максимально надежной, прочной и спокойно переносила все предполагаемые нагрузки, нужно сделать правильный расчет сечения бруса, который и будет выполнять функцию основного строительного материала кровли. Расчет выполняется с применением ряда формул и требует использования специальных справочников с утвержденными нормативными показателями для конкретного региона. Должны быть рассчитаны снеговые нагрузки, ветровые нагрузки и прочие значимые показатели.

Расчет нагрузок на стропильную систему

Прежде, чем приступать к данному разделу расчетов, нужно рассмотреть всевозможные нагрузки на стропила. Стропильная система бывает разных видов, что так же влияет на нагрузку. Виды нагрузок:

  1. Постоянный. Этот вид нагрузки ощутим стропилами постоянно, его оказывает конструкция кровли, материал, обрешетка, утеплительный материал, пленки и другие мелкие элементы системы. Средняя величина такого параметра равна 40-45 кг/м 2 .
  2. Переменный. Этот вид нагрузки зависит от климата и зоны расположения строения, поскольку его составляют осадки в данном регионе.
  3. Особый. Этот параметр актуален в том случае, если место расположения дома – это сейсмически активная зона. Но в большей части случаев хватает добавочной прочности.

Важно: лучше всего при расчете прочности сделать запас, для этого к полученной величине прибавляется 10%. Также стоит взять во внимание рекомендацию о том, что 1 м 2 не должен брать на себя вес, больше 50 кг.

Очень важно учесть и нагрузку, оказываемую ветром. Показатели этой величины можно взять из СНиПа в разделе «Нагрузки и воздействия».

Чтобы рассчитать нагрузку, производимую снегом, нужно:

  • Узнать параметр веса снега. Варьирует в основном такой показатель от 80 до 320 кг/м 2 .;
  • Умножить на коэффициент, который необходим для учета ветрового давления и аэродинамических свойств. Данная величина указана в таблице СНиП и применяется индивидуально. Источник СНиП 2.01.07-85.

Виды стропильных систем двухскатной крыши

Схема стропильной системы выбирается, исходя из условий количества опор для неё и расстояния между ними.

Наслонные стропила опираются на внешние несущие стены зданий и на дополнительные внутренние опоры, в случае если расстояние между основными опорами превышает 4,5 м. Стропильная нога снизу опирается на опорный брус (мауэрлат), который передаёт вес от крыши на стену здания. Верхний конец соединяется с коньковым прогоном и другой стропильной ногой.

1, 2 — висячая стропильная система. 3, 4 — наслонная стропильная система. a — стропила, b — затяжка, c — ригель, d — прогон, e — мауэрлат, f — подкос, g — стойка.

Висячий вид стропильных систем имеет затяжку на уровне нижних опорных узлов или выше их и не предполагает промежуточных опор. Расстояние между внешними несущими опорами не должно превышать 6,5 м. Этот вариант устройства стропильной конструкции можно отнести к треугольным фермам. Расстояние в плане между ними принимается 1,3–1,8 м.

Калькулятор расчета нагрузки на стропила

Если предполагается возводить жилое строение, то для стропил можно применять сосновую древесину. Для бань, где горячий воздух поднимается вверх, можно приобрести пиломатериалы из лиственницы или других влагостойких пород. На поверхности балок не должно быть каких-либо трещин или слишком больших сучков.

Влажность используемых пиломатериалов должна быть в пределах 18-22 процентов, в противном случае возможны деформационные изменения в системе, что обязательно скажется на долговечности конструкции. Кроме того, плохо просушенные балки быстро подвергаются гниению. Сырые элементы создают сложности при установке. Их поднимать на высоту гораздо сложнее, чем сухие, так как существенную долю веса составляет вода.

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector