Ukroem.ru / Стропильная система / Вы сейчас просматриваете:

Устройство стропильной системы крыши

В предыдущей статье «Расчет стропильной системы» мы рассказывали о нагрузках, которые нужно рассчитывать для того, чтобы устройство стропильной системы крыши не превратилось в большую проблему при эксплуатации дома. В частности, мы обещали привести примерный расчет совокупных нагрузок действующих на кровлю.

Примерный расчет общих нагрузок на кровлю

Предположим, что мы строим дом во Владимирской области. Дом имеет двускатную кровлю с уклоном в 45° и мансардное помещение. Общая высота здания составляет 10 м. Кровля дома — из металлочерепицы. Мансарда будет обшита гипсокартоном, толщиной в 1,25 см и утеплена стекловатой УРСА толщиной 0,18 м. Смотрим карту районирования по снеговой нагрузке, приведенной в СНиП 2.01.07-85. Чтобы рассчитать нагрузку на полное разрушение для Владимирской области давление снежного покрова, нужно принять равным 180 кг/м², а для максимального прогиба – 126 кг/м². Коэффициент m для углов ската равных 45° составляет 0,5. По картам среднемесячной температуры января и средней скорости ветра в зимнее время получаем значение коэффициента С=1.Значение коэффициента m

Таким образом:

  • Q1 (прочность) = 180 кг/м² х 0,5 х 1 = 90 кг/м²;
  • Q2 (максимальный прогиб) = 0,7 х 180 кг/м² х 0,5 х 1 = 63 кг/м².

Устройство стропильной системы мансардной крыши без расчета ветровой нагрузки невозможно, следовательно, обращаемся к картам СНиП 2.01.07-85 и определяем, что ветровое давление на крышу W0= 32 кг/м², коэффициент k = 0,65 для дома высотой в 10 м во Владимирской области. Мы не знаем, какова роза ветров в данной местности, поэтому понижающий коэффициент С примем равным 1. Таким образом, W= 32 кг/м² х 0,65 х 1= 20,8 кг/м²

Собственный вес кровельных материалов получаем из таблиц, которые мы приводили в статье «Расчет стропильной системы крыши» и технических данных производителей материалов.

  • металлочерепица — 5 кг/м²;
  • гипсокартон – 10,6 кг /м²;
  • УРСА — 4 кг/м²;
  • обрешетка под металлочерепицу – 12 кг/м².

Номинальный вес стропильной системы принимаем равным 10 кг/м², поскольку мы имеем мансардную крышу с 2-мя типами стропил – висячими и наслонными. После того как сечение стропил будет определено, этот усредненный показатель нужно будет заменить на расчетные данные, чтобы пересчитать нагрузку на крышу.

Итак, предварительный расчет предельных нагрузок будет следующим:

  • Qр=90+20,8+5+10,6+4+12+10=152,4 кг/м² – предельная прочность;
  • Qн=63+20,8+5+10.6+4+12+10= 125,4 кг/м² – предельный прогиб.

Чтобы создать запас прочности, увеличим полученные данные на 10%.

В результате получаем:

  • Qр= 152,4 х 1.1 = 167,64 кг/м² – предельная прочность;
  • Qн=125,4 х 1,1 = 137,94 кг/м² – предельный прогиб.

Устройство стропил крыши должно производиться с учетом полученных данных.

Рассчитываем сечение стропил, прогонов и т.д.

Данные, которые мы рассчитывали в предыдущей главе, касаются совокупных нагрузок,  действующих на единицу площади крыши. Но каждый элемент стропильной системы принимает на себя давление, действующее только на него, а не на всю крышу. Поэтому нам нужно определить, какая предельная нагрузка будет действовать на единицу длины стропильных ног, прогонов и обрешетин (см. фото).Совокупные нагрузки,действующие на крышу
Для того чтобы рассчитать нужный шаг стропильных ног, надо обратиться к длине стен дома.

Допустим, что наш дом имеет прямоугольное сечение 6 х 4. Стропила мы будем устанавливать над стенами длиной в 6 м. Учитывая то, что стропила на расстоянии более чем в 2 м друг от друга не ставят, мы можем посчитать стропила с шагом в 2 м, 1,2 м, 1,5 м и так далее. Но есть второй момент – у нашего дома мансардная крыша, а утеплять мы его собираемся УРСой. Производитель дает для этого материала определенную ширину, следовательно, шаг стропил (b) у нас будет равен ширине утеплителя.

Примем для расчета ширину утеплителя равную 0,6 метра и пересчитаем нагрузку на поверхность крыши в нагрузку, действующую на погонный метр стропильной системы:

qр=Qр х b= 167.64 х 0,6 = 101 кг/м;
qн=Qн х b=137.94 х 0,6 = 83 кг/м.

Так же определяется нагрузка на каждый элемент стропильной системы: прогон, обрешетку. Устройство стропильной системы крыши в каменном доме предполагает еще и расчет нагрузки действующей на мауэрлат и лежень, а также раскосы, подкосы, стойки и другие конструктивные элементы.

Пример расчета сечения конькового прогона и стоек

Длина конькового прогона в нашем случае составляет 6 м, он опирается на 2 стойки и фронтоны стен. Отрезок конькового прогона между стойками по сути является неразрезной балкой, которая работает на прогиб. При этом внутри нее возникает напряжение, величина которого не должна превышать расчетное сопротивление древесины на изгиб. Это нормативное значение можно посмотреть в СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции», оно составляет R=130 кг /см².

Расчет нагрузки на прогонНайдем значение максимального изгибающего момента, который будет действовать на прогон: М=qр х L х L /12, где L – длина прогона между 2-мя стойками. Для прогона шаг будет составлять 2 метра, поскольку по торцу дома у нас расстояние — 4 метра.

qр= 167,64 х 2 = 335 кг/м.

Длина отрезка прогона между стойками L = 3 м.

М = 335 х 3 x 3 / 12 = 251,25 кг/м, или 25125 кг/см.

Допустим, мы хотим использовать для прогона брус толщиной в 10 см (b) и шириной 20 см (h). Найдем допустимую ширину прогона: h равно квадратному корню из (6W/b).

W=M/R= 25125/130=193 см³
H будет равно квадратному корню из (6 х 193/10) = 11 см

Проверяем прогон на допустимый прогиб.

f=5q н х L x L  х L x L /384 хЕ х J, где q н = 137.94 х 2= 276 кг/м= 2,76 кг/см
Е – модуль упругости древесины. Будем считать, что устройство стропильной кровли мы производим из сосны, тогда Е = 100000 кг/см².

J – момент инерции. Для балки прямоугольного сечения он будет равен
J=b x h x h x h /12 = 10 х 20 x 20 x 20/12=6667 см в 4 степени – в нашем случае.
f= 5 х 2,76 х 300 x 300 x 300 x 300/384 х 100000 х 6667 = 0,4 см

Нормативный прогиб для неразрезной балки составляет величину равную L/200= 300/200 = 1,5 см. Следовательно, выбранное нами сечение прогона удовлетворяет нормативным условиям.

Допустим, мы хотим для стоек под коньковый прогон использовать брус сечением 10 х 10 см. В таком случае посмотрим, какое давление такая стойка может выдержать: H = F x R, где F – площадь сечения стойки H= 10 х 10 х 130 = 13000 кг. Давление нашего конькового прогона на стойку будет составлять 335 кг/ м х 3 м = 1005 кг, так что мы вполне можем использовать выбранный материал.

Далеко не каждый способен заниматься вычислениями всех узлов стропильной системы, и в большинстве случаев материал на стропила для стандартных крыш выбирается по рекомендациям опытных плотников. Но если вы хотите делать сложную многощипцовую крышу,  как, например, на видео, то все-таки не стоит безоговорочно полагаться только на опыт. Если вам сложно выполнять расчеты самостоятельно, закажите расчет проектировщику пусть не всех элементов, но хотя бы основных несущих. Этим вы, вполне возможно, сбережете собственное время и деньги в процессе строительства и эксплуатации собственного дома.