Ukroem.ru / Стропильная система / Вы сейчас просматриваете:

Расчет стропильной системы крыши

На крышу дома действует несколько нагрузок, которые рассчитываются обособленно, но затем обязательно суммируются. Это снеговая, ветровая нагрузки, вес кровельного материала, вес собственно стропил, обрешетки, а также подкладного кровельного ковра, утеплителя и т.п. Поэтому расчет стропильной системы крыши ведут с учетом всех нагрузок. Разберем каждую из них по отдельности.

Некоторые вводные сведения

Если вы занимаетесь строительством самостоятельно и не совсем владеете инженерными расчетами, можно заказать расчет стропил в специализированной проектной организации или частному проектировщику. Если технические расчеты вам не чужды – можете попробовать сделать расчеты своими силами. Ответ на вопрос – как рассчитать длину стропил правильно – зависит от формы крыши и углов скатов кровли.

В самом начале нужно ознакомиться с нормативными документами. Для того чтобы посчитать нагрузку на крышу, вам потребуется СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», а также карты, которые приложены к документу «Изменения к СНиП 2.01.07-85», вступившего в действие в 2008 году.

Оптимальное расстояние между стропилами определяется методом предела, по достижении которого, конструкция может разрушиться частично или полностью.

Разрушенная крыша
Разрушение стропильной системы
  1. Первое – полное разрушение или максимальная нагрузка.
  2. Второе – частичное разрушение, при котором выходят из строя различные узлы или элементы системы. В частности, допустимый прогиб любого элемента конструкции стропильной системы, ног, раскосов, прогонов и т.п. не может быть более 1/200 длины пролета или прогона.

Рассчитывать нужно оба варианта. Кстати, хороший помощник — программа для расчета стропильной системы, выполнена она в формате Excel и скачать ее можно тут.

Снеговая нагрузка

Для северных, северо-западных и центральных районов России обильные снегопады – явление обычное, поэтому следует подойти к расчету очень внимательно. Для расчета максимальной нагрузки берется полный вес снежного покрова. Для второго расчета полный вес снежного покрова учитывается с коэффициентом 0,7.

Снеговая нагрузка
Снег, скопившийся на крыше

Чаще всего снег скапливается в местах перелома кровли – ендовах, выходах слуховых окон и др. В таких местах шаг стропил должен быть минимален, в основном там ставятся спаренные стропила. Кроме того, здесь всегда делается сплошная обрешетка и двойная гидроизоляция.
Снежный «мешок» под собственным весом будет постепенно сползать вниз и усиленно давить на карнизный свес, поэтому нельзя превышать допустимые выпуски кровельного материала, который дает производитель.

Для расчета снеговой нагрузки в зависимости от направления преобладающих ветров и уклона кровли учитывается специальный коэффициент (m). Поскольку с наветренной стороны на скатах будет лежать меньше снега, чем на земле, а с подветренной – больше. Например, как рассчитать стропила, если у дома двускатная кровля с углами в 20-30°? Для расчета снеговой нагрузки при таких углах, с наветренной стороны коэффициент будет равен 0,75, а с подветренной – 1,25. Все значения этого коэффициента приведены в СНиП 2.01.07-85. Для крыш с углами 60°  и выше – этот коэффициент не учитывается, потому что снег на таких крышах не задерживается. Таким образом, для расчета полной снеговой нагрузки Q1, нам нужно воспользоваться таблицей из СНиП 2.01.07-85 и формулой расчета: Q1= m*Q, где Q – полная снеговая нагрузка из таблицы, а коэффициент (m) рассчитан с помощью интерполяции для разных углов (для 20-30° m равен 1, а для 60° m равен 0).

Для расчета нормативной снеговой нагрузки Q2 можно воспользоваться атласом из «Изменений к СНиП 2.01.07-85» или формулой: Q2= 0,7*Q*m

Существует дополнительный поправочный коэффициент С=0,85, который применяется для тех районов, в которых снег сносится ветром. Ветер должен иметь среднюю скорость выше 4 м/с , а крыша – угол 12-20°. Но при этом среднемесячная температура зимних месяцев не должна быть выше -5°С, потому что в этом случае наледь, которая образуется, не даст ветру сдуть снег с крыши. А также, если здание строится в лесном массиве или в окружении других домов. Среднесуточную температуру и скорость ветра можно также посмотреть по картам в «Изменениях к СНиП 2.01.07-85».

Итак, размеры стропил должны учитывать снеговую нагрузку в 2-х вариантах:

  • Q1= Q*m*C – максимальная нагрузка (прочность);
  • Q2=0.7* Q*m*C – частичное разрушение (прогиб).

Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка
Воздействие силы ветра

В отличие от снеговой нагрузки, которая стремится разрушить крышу, ветровая, помимо разрушения, может еще и сорвать крышу с дома, за счет аэродинамической силы. Чем больше угол ската кровли, тем большую нагрузку он будет испытывать от давления ветра. Чем меньше угол, тем больше будет действовать подъемная сила, которая будет стремиться унести крышу прочь.

Как рассчитать длину стропильной ноги односкатной крыши? Из школьного курса геометрии мы помним теорему Пифагора, в нашем случае катеты – ширина постройки и разница высот между стенами, а длина стропилины – гипотенуза.

Гораздо сложнее посчитать нужное сечение стропилины и расстояние между ними. Для этого будем считать сопротивление ветровой нагрузке. Используем формулу: Wр= W*k*C, где W – ветровое давление, которое можно посмотреть в таблицах СНиП 2.01.07-85. К — коэффициент, который зависит от высоты здания, приведен в том же нормативном документе. С –аэродинамический коэффициент, который используется для расчетов подъемной силы действующей на наветренный и подветренный скаты. Он бывает положительным или отрицательным. Положительный — когда ветер давит на поверхность ската (для больших углов), отрицательный – когда воздушный поток «стекает» со ската (для пологих крыш).

Для того чтобы противодействовать этим усилиям в стены дома, в зависимости от того, каков будет шаг стропильных ног, устанавливают металлические штыри — «ерши». К ним привязываются проволочными скрутками стропильные ноги через одну, а если дом строится в районе с сильными ветрами, то – каждую. Для кирпичных домов, а также домов из силикатных или пенобетонных блоков делаются армирующие пояса из бетона, в которые закладываются анкерные крепления с проволочными скрутками для стропил.

Нагрузка веса кровли

Собственный вес кровельного материала оказывает серьезное влияние на расчет стропильной ноги. Например, металлочерепица Такотта весит достаточно много, по сравнению с гибкой кровлей. Известно, чем тяжелее кровельный материал – тем должен быть больше угол наклона кровли. Нагрузку, которая будет давить на крышу, можно посчитать, зная его характеристики,  приведенные в технических данных производителя покрытия. В таблице приведены примерные значения веса различных типов кровельных материалов на 1 м² площади крыши.

Рекомендуемые углы скатных крыш
Таблица соответствий кровельных материалов углам уклона кровли
Таблица сплошных обрешеток
Таблица соответствий шага стропил, используемым материалам

В зависимости от вида кровельного материала используется определенный вид обрешетки, которую вы будете набивать для него. Известно, что для обрешетки могут применяться доска, фанера, OSB плита. Усредненный вес каждого из этих материалов можно посмотреть в таблице. Например, под шифер используются деревянные бруски сечением 6х6 или 4х6 см, а под битумные гонты – фанера или плиты OSB.
Какое расстояние должно быть между стропилами, можно принять исходя из толщины материала, который вы будете использовать.

Следующей расчетной величиной будет выступать вес утеплителя, гидро- и пароизоляционного слоев, а также внутренней обшивки, если речь идет о крыше с мансардой. Необходимая толщина утеплителя рассчитывается по формуле: Т=R*l, где l – коэффициент теплопроводности утеплителя, который можно посмотреть в нормативном документе СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» или в технических данных производителя, а R – это тепловое сопротивление строительной конструкции, которую планируется утеплять.

Например, расчет стропильной конструкции, фермы которой мы планируем утеплять с помощью стекловаты URSA М-20 в Центральном регионе, будет включать в себя следующий расчет толщины утеплителя: Т=4,7*0,038 = 0,18 м, где 4,7 – тепловое сопротивление, взятое нами из СНиП II-3-79, а 0,038 – коэффициент теплопроводности, указанный производителем. Далее из технических характеристик материала берем его плотность 18-21 кг/м² и по верхнему значению рассчитываем вес 1 м² утеплителя. Таким же способом находим вес гидроизоляции и отделочного материала, если мы рассчитываем крышу с мансардой.

Кроме этого, нужно учесть и собственный вес стропильной конструкции. Для этого можно нарисовать план стропил, чтобы представлять, какие элементы предположительно будут использоваться. В расчет берут средние значения для прогонов и наслонных стропил – 5-10 кг на 1м², а для висячих – 10-15 кг на 1 м².

Все полученные нагрузки складываются и умножаются на коэффициент 1,1, чтобы был запас прочности. Пример расчета стропильной системы мы приведем в следующей статье «Устройство стропильной системы крыши».

Теоретические основы расчетов дополнительно можно посмотреть на видео: