Расчет стропильной системы двухскатной крыши. Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш Вес стропильной системы на 1 м2

Расчет стропил рекомендуется выполнять максимально точно, исходя из особенностей места строительства, внешней нагрузки на стропильную систему, размеров и конфигурации сооружения, характеристик материала для возведения крыши.

Виды нагрузок на стропила

Строительство скатной крыши требует создания прочного каркаса – несущей конструкции кровли. На этапе проектирования требуется выполнить расчет стропил, с целью определения длины и сечения элементов, которые принимают на себя основные нагрузки (постоянные и переменные).

К постоянным нагрузкам относится вес самого кровельного пирога, который состоит из внешнего покрытия, обрешетки, гидроизоляционного слоя, теплоизолятора, пароизоляции и внутренней обшивки чердачного или мансардного помещения. К этому же типу нагрузок относится вес оборудования или других объектов, которые планируется разместить на крыше или закрепить на стропилах изнутри.

Под переменными нагрузками подразумевается воздействие ветра и осадков, а также вес человека, занимающегося ремонтом или очисткой кровли. В этот же разряд входят и особые нагрузки, в том числе сейсмические – их наличие предъявляет повышенные требования к надежности крыши.

Расчет веса кровельного пирога

Прежде чем подойти к вычислению сечения стропильной ноги односкатной, двускатной или вальмовой крыши, важно определиться с весом кровельного пирога. Для этого требуется расчет, формула которого предельно проста: суммируется вес одного квадратного метра каждого слоя кровельной системы, а полученный результат умножается на 1,1 – поправочный коэффициент, позволяющий повысить надежность конструкции на 10%.

Таким образом, стандартный расчет веса кровли выглядит следующим образом : (вес 1 м 2 обрешетки + вес 1м 2 кровельного покрытия + вес 1 м 2 гидроизоляции + вес 1 м 2 утеплителя) × 1,1 = вес кровельного пирога с учетом поправочного коэффициента. При использовании большинства популярных кровельных материалов (за исключением наиболее тяжелых) данная нагрузка на стропила не превышает 50 кг/м 2 .

Разрабатывая проект односкатной или двускатной крыши достаточно ориентироваться на вес кровельного пирога, равный 55 кг/м 2 . Такой подход позволит возвести каркас кровли с запасом по прочности и в дальнейшем менять вид кровельного покрытия без перерасчета стропильной системы.

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.

Как рассчитать длину стропил и сечение

Расчет длины стропил выполнить достаточно просто, если принять во внимание, что практически вся крыша представляет собой систему треугольников (неважно, речь об односкатной, двускатной или сложной кровле). Зная длину стен постройки, угол наклона ската либо высоту конька, при помощи теоремы Пифагора вычисляется длина стропильной ноги от края стены до конька. К полученному значению требуется прибавить величину карнизного свеса (если стропила будут выступать за край стены). В некоторых случаях карнизный свес формируется за счет установки кобылок – досок для наращивания стропильной ноги. Длина кобылок суммируется к длине стропила при расчете площади крыши – это позволит определить точное количество материалов для монтажа кровельного пирога.

Чтобы определить, доска или брус какого сечения подходит для возведения конкретной односкатной, щипцовой или вальмовой крыши, можно воспользоваться таблицей стандартов, в которой приведены соответствия между такими параметрами, как толщина пиломатериала, длина стропильной ноги и шаг установки стропил.

Параметры сечения стропил варьируются от 40×150 мм до 100×250 мм. Длина стропильной ноги зависит от угла наклона ската и длины пролета между противоположными стенами. При увеличении угла наклона ската увеличивается длина стропила, что требует использования пиломатериала большего сечения для обеспечения необходимой прочности конструкции . При этом снеговая нагрузка на крышу уменьшается, и можно сделать шаг установки стропил более редким. В то же время, уменьшение шага стропил ведет к возрастанию суммарной нагрузки на стропильную ногу.

Выполняя расчет, необходимо принимать во внимание все факторы, чтобы добиться необходимой прочности каркаса крыши, в том числе учитывать характеристики древесины (плотность, степень влажности, качество) при возведении деревянных конструкций, толщину элементов из металла – при строительстве металлических каркасов крыши.

Несущая конструкция крыши должна иметь высокую степень жесткости – требуется исключить прогиб стропил под нагрузками. Прогиб возникает, если были допущены ошибки при вычислении сечения элементов крыши и шага установки стропил. Если прогиб стропил был выявлен после монтажа кровли, можно использовать дополнительные элементы (подкосы) для придания жесткости конструкции. Если длина стропильной ноги односкатной, щипцовой или вальмовой крыши превышает 4,5 метра, без установки подкосов прогиб может образоваться независимо от сечения деревянных стропильных ног . Это следует учитывать, выполняя расчет длины стропил.

Основные принципы расчета базируются на том, что выбор толщины бруса зависит от суммарной нагрузки на крышу. Увеличение толщины стропила ведет к повышению прочности крыши, позволяет исключить прогиб, но при этом существенно возрастает суммарный вес стропильной системы, то есть, повышаются нагрузки на строительные конструкции и фундамент. Стропила на жилых домах устанавливают с шагом 60 – 100 см, конкретная величина зависит от :

• расчетной нагрузки;
• сечения стропил;
• характеристик кровельного материала;
• угла наклона скатов;
• ширины теплоизоляционного материала.

Расчет количества стропильных ног напрямую связан с шагом их установки. Изначально подбирается подходящий шаг монтажа, затем длину стены следует разделить на данное значение, прибавить к результату единицу и округлить число. Поделив длину стены на полученный результат, можно получить искомый промежуток между стропилами.

При определении количества стропил на одном скате важно помнить, что учитывается расстояние между осями стропильных ног.

Стропильные конструкции из металла

В частном домостроении использование металлических стропильных систем встречается реже, так как каркас из металла требуется монтировать при помощи сварки – это ведет к увеличению сложности и объема работ. Можно заказать изготовление конструкции на производстве, но ее монтаж потребует применения спецтехники. Проектирование каркаса крыши из металла требует точного расчета и соблюдения размеров всех элементов, поскольку отсутствует возможность подогнать деталь непосредственно при монтаже .

К прочности металлических стропильных систем нет претензий: использование металлопрофиля позволяет исключить прогиб стропил даже при перекрытии больших пролетов без установки дополнительных элементов для прочности и жесткости. Стропила из металла могут перекрывать пролеты более 10 метров, не образуя прогиб под расчетными нагрузками .

Выполняя расчет стропильной системы из металла, следует учитывать вес материала, нагрузки на строительные конструкции и фундамент. Параметры прочности металлических стропил и их высокое сопротивление нагрузкам на прогиб позволяет значительно сократить количество данных элементов по сравнению с деревянной конструкцией.

Расчет металлического каркаса крыши следует вести, базируясь на справочных значениях прочности элементов (швеллеров, уголков, балок и т.д.) в зависимости от их формы и толщины. Следует учитывать размеры пролетов и угол наклона скатов.

Опорная конструкция для стропильной системы из металла (мауэрлат) должен представлять собой металлическую балку, надежно закрепленную на верхнем крае стены.

Расчет стропильной системы крыши - это процесс, который требует определенных знаний и опыта. Обычно он проводится на стадии проектирования здания, но при замене конструкции на уже возведенном объекте может осуществляться и отдельно. Для правильного расчета стропильных конструкций необходимо учесть несколько факторов.

Все нагрузки на стропильные системы подразделяются на постоянные, временные и особые:

Постоянные нагрузки включают в себя собственный вес стропил, кровельного материала и теплоизоляционного слоя.

К временной нагрузке можно отнести снеговой и ветровой фактор, а также вес людей и оборудования при монтаже и возведении стропильных конструкций и ремонте кровли.

S=Sg*µ, где:

Sg - максимальная величина снегового покрова (табличные данные, выбираемые в зависимости от климатического района расположения объекта);

µ — коэффициент угла наклона кровли (определяется в зависимости от конструктивных особенностей объекта, равен 1 при наклонах кровли до 25° и 0,7 — при углах наклона от 25° до 60°)

Карта снеговых нагрузок Украины

W=Wo*k , где:

Wo — максимальное значение ветровой нагрузки в зависимости от региона (табличные данные)

K - коэффициент, регламентирующий высотность строения и особенности местности его расположения (табличные данные)

А — побережья водоемов, озер и т.д.

В -городские территории, лесные массивы и др. местности равномерно покрытые препятствиями.

коэффициенты ветровых нагрузок Украины и РФ

К особым нагрузкам можно отнести: сейсмическую активность и другие стихийные бедствия в конкретном регионе. Этот показатель определяется по данным статистических исследований природных условий.

Подбор стропил и их сечения

Брус какого сечения использовать для изготовления стропильных элементов, зависит от длины стропила, шага и предполагаемых нагрузок. В приведенной ниже таблице вы можете ознакомиться со значениями сечений, которые соответствуют расчетным нагрузкам, характерным для Украины.

таблица значений сечения стропильного бруса

мауэрлат, прогоны, - 100 на 100 мм или 150 на 150

ригели - 100 на 150 мм

диагональные стропильные ноги — 100 на 200 мм

затяжки - 50 на 150 мм

доски для подшивки — 22-25 на 100-150мм

1. Шифер 10 - 15 кг/м²;
2. Ондулин (битумный шифер) 4 - 6 кг/м²;
3. Керамическая черепица 35 - 50кг/м²;
4. Цементно-песчаная черепица 40 - 50 кг/м²;
5. Битумная черепица 8 - 12 кг/м²;
6. Металлочерепица 4 - 5 кг/м²;
7. Профнастил 4 - 5 кг/м²;

Вес обрешётки 8 - 10 кг/м²;

Пример расчета

Угол наклона крыши 30°

Высота здания 5м

Кровля из керамической черепицы 50 кг/ м²

Шаг монтажа стропил 0,9м

Длина стропилы 4.4м

Временные нагрузки

Ветровая нагрузка 3 регион 38кг*0,75 (прибрежные районы, высота здания 5м)=28,5 кг/ м²

Снеговая нагрузка 2 регион 101кг*0,7(при угле наклона крыши не менее 25 ° и не более 60°)=70 кг/м²

Постоянные нагрузки

Вес обрешётки 8 - 10 кг/м²;
Вес собственно стропильной системы 15 - 20 кг/м²;

Керамическая черепица 35 - 50кг/м²;

Суммарная нагрузка (постоянная+переменная) 80+70=150 кг/м²

Дальше рассчитываем удельную нагрузку на 1м длины стропила, для этого необходимо умножить полученное давление на коэффициент, который характеризует расстояние между стропилами, то есть это число и есть само расстояние, тогда получим:

150*0,9=135 кг/м

Округляем к большей величине 150кг/м.

№ п/п

Диаметр бревна, см

Высота досок для брусьев при их толщине, см

При удельной нагрузке на 1 пог.м. длины стропил, кг

Сечение стропил, см

Длина стропил, см

4,5

Крыша дома - архитектурное продолжение здания, формирующее его внешний облик. Поэтому она должна быть красивой и соответствовать общему стилю постройки. Но помимо выполнения эстетических функций крыша обязана надёжно защищать дом от дождя, града, снега, ультрафиолета и прочих климатических факторов, то есть создавать и оберегать в жилище комфортные условия для проживания. А это возможно только при правильно обустроенной стропильной системе - основе крыши, расчёт которой желательно делать ещё на стадии проектирования.

Какие факторы учитываются при расчёте стропильной системы

Нагрузки, оказывающие воздействие на стропильную систему, классифицируются следующим образом.

Поскольку фатальные воздействия, а также вес людей и кровельного оборудования, которое неизвестно когда и какое будет установлено, предусмотреть и высчитать довольно проблематично, то поступают проще - к суммарной величине поддающихся расчёту нагрузок добавляют запас прочности в размере 5–10%.

Самостоятельно расчёт стропильной системы делают по упрощённой методике, так как учесть аэродинамические и поправочные коэффициенты, изгибы крыши, снос снега ветром, неравномерное распределение его на поверхности и другие факторы, действующие на крышу в реальности, без знания теории сопротивления материалов невозможно.

Единственное, о чём нужно помнить - максимальные расчётные нагрузки на стропильную систему крыши должны быть меньше предельно допустимых по нормативам.

Видео: выбор пиломатериалов - на что обращать внимание

Расчёт нагрузок на стропильную систему

При расчёте нагрузок на каркас крыши нужно руководствоваться нормативами, в частности, СНиП 2.01.07–85 «Нагрузки и воздействия» с изменениями и дополнениями, СНиП II-26–76* «Кровли», СП 17.13330.2011 «Кровли» - актуализированная редакция СНиП II-26–76* и СП 20.13330.2011.

Расчёт снеговой нагрузки

Нагрузка на крышу от выпавшего снега рассчитывается по формуле S = µ∙S g , где:

Нормативные значения снеговой нагрузки определяются по следующей таблице.

Таблица: значения нормативной снеговой нагрузки в зависимости от региона

Для проведения расчёта необходимо знать коэффициент µ, который зависит от уклона скатов. Поэтому в первую очередь нужно определить угол наклона α.

Перед изготовлением стропильной системы нужно рассчитать снеговую нагрузку для конкретной местности, используя нормативные данные и поправочный коэффициент, зависящий от угла наклона крыши

Уклон крыши определяют расчётным методом исходя из желаемой высоты мансардного/чердачного помещения Н и длины пролёта L. Из формулы расчёта прямоугольного треугольника тангенс угла наклона равен отношению высоты ската от конька до балок перекрытия к половине длины пролёта, т. е. tg α = Н / (1/2 ∙ L).

Значение угла по его тангенсу определяют из специальной справочной таблицы.

Таблица: определение угла по его тангенсу

tg α	α, град.
0,27	15
0,36	20
0,47	25
0,58	30
0,7	35
0,84	40
1	45
1,2	50
1,4	55
1,73	60
2,14	65

Коэффициент µ вычисляют следующим образом:

• для α ≤ 30° µ=1;
• если 30° < α < 60°, µ = 0,033 ∙ (60 - α);
• при α ≥ 60° µ принимается равным 0, т. е. снеговая нагрузка не учитывается.

Рассмотрим алгоритм расчёта снеговой нагрузки на примере. Допустим, что дом возводится в Перми, имеет высоту в коньке 3 м и длину пролётов 7,5 м.

1. По карте снеговых нагрузок видим, что Пермь находится в пятом регионе, где S g = 320 кг/м².
2. Вычисляем угол покатости крыши tg α = Н / (1/2 ∙ L) = 3 /(1/2 ∙ 7,5) = 0,8. Из таблицы видим, что α ≈ 38°.
3. Поскольку угол α попадает в диапазон от 30 до 60°, поправочный коэффициент определяем по формуле µ = 0,033 ∙ (60 - α) = 0,033 ∙ (60 - 38) = 0,73.
4. Находим значение расчётной снеговой нагрузки S = µ ∙ S g = 0,73 ∙ 320 ≈ 234 кг/м².

Таким образом, максимально возможная (расчётная) снеговая нагрузка получилась меньше предельно допустимой по нормам, значит, расчёт выполнен правильно и соответствует требованиям нормативных актов.

Расчёт ветровой нагрузки

Ветровое воздействие на здание складывается из двух составляющих - статической средней величины и динамической пульсационной: W = W m + W p , где W m - средняя нагрузка, W p - пульсационная. СНиП 2.01.07–85 разрешает не учитывать пульсационную часть ветровой нагрузки для построек высотой до 40 м при условии, что:

• соотношение между высотой и длиной пролёта менее 1,5;
• здание расположено в городской черте, лесном массиве, на побережье, в степной местности или тундре, то есть относится к категории «А» или «В» по специальной таблице, приведённой ниже.

Исходя из этого, ветровая нагрузка определяется по формуле W = W m = W o ∙ k ∙ c, где:

Таблица: значение коэффициента k для разных видов местности

Высота здания Z, м	Коэффициент k для разных видов местности
	А	В	С
≤ 5	0,75	0,5	0,4
10	1,0	0,65	0,4
20	1,25	0,85	0,55
40	1,5	1,1	0,8
60	1,7	1,3	1,0
80	1,85	1,45	1,15
100	2,0	1,6	1,25
150	2,25	1,9	1,55
200	2,45	2,1	1,8
250	2,65	2,3	2,0
300	2,75	2,5	2,2
350	2,75	2,75	2,35
≥480	2,75	2,75	2,75
Примечание: «А» - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, а также пустыни, степи, лесостепи, тундра; «В» - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; «С» - городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Ветровые силы порой достигают значительных величин, поэтому при возведении крыши нужно уделить особое внимание креплению стропильных ног к основанию, особенно по углам здания и внешнему контуру.

Таблица: нормативное давление ветра по регионам

Ветровые районы	Ia	I	II	III	IV	V	VI	VII
W o , кПа	0,17	0,23	0,30	0,38	0,48	0,60	0,73	0,85
W o , кг/м²	17	23	30	38	48	60	73	85

Возвращаемся к нашему примеру и добавляем исходные данные - высоту дома (от земли до конька) 6,5 м. Определим ветровую нагрузку на стропильную систему.

1. Судя по карте ветровых нагрузок, Пермь относится ко второму региону, для которого W o = 30 кг/м².
2. Допустим, что в районе застройки нет многоэтажных домов высотой более 25 м. Выбираем категорию местности «В» и принимаем k равным 0,65.
3. Аэродинамический показатель c = 0,8. Такой индекс выбран неслучайно - во-первых, расчёт делается по упрощённой схеме в сторону упрочнения конструкции, а во-вторых, угол наклона скатов превышает 30°, значит, ветер давит на крышу (п. 6.6 СНиП 2.01.07–85), благодаря чему за основу берём наибольшее положительное значение.
4. Нормативная ветровая нагрузка на высоте 6,5 м от земли равна W m = W o ∙ k ∙ c = 30 ∙ 0,65 ∙ 0,8 = 15,6 кг/м².

Помимо снеговых и ветровых нагрузок на стропильную систему могут оказывать давление образующийся лёд и климатические температурные колебания. Однако в малоэтажном строительстве эти нагрузки незначительны, поскольку антенно-мачтовых устройств, лежащих в основе расчёта гололёдных усилий, на крышах частных домов обычно немного, а от резких перепадов температур стропильная система защищена современными покрытиями, имеющими высокие показатели морозоустойчивости и термостойкости. В силу этого гололёдные и климатические нагрузки при возведении частных домов не рассчитывают.

Расчёт нагрузки на стропильную систему от веса кровли

Стандартный кровельный пирог состоит из:

Для некоторых видов покрытий, например, битумной черепицы, в состав кровельного пирога добавляется подкладочный ковёр и сплошной настил из водостойкой фанеры или стружечных плит.

По методике упрощённого расчёта за основу веса кровли берутся все слои кровельного пирога. Естественно, такая схема ведёт к упрочнению конструкции, но одновременно и к удорожанию строительства, поскольку давление на стропильные ноги оказывают не все материалы, а лишь те, что проложены поверх стропил - кровельное покрытие, обрешётка и контробрешётка, гидроизоляция, а также подкладочный ковёр и сплошной настил, если они предусмотрены проектом. Поэтому в целях экономии без ущерба для надёжности и прочности можно смело брать в расчёт только эту часть кровли.

Теплоизоляция оказывает нагрузку на стропила только в двух случаях:

Не нужно забывать о крепёжных элементах при механической фиксации, а также о мастичных клеящихся составах при сплошной или частичной приклейке слоёв пирога. Они тоже имеют вес и оказывают давление на стропила. Расчёту кровельного ковра на прочность сцепления между слоями посвящён СП 17.13330.2011. Но его обычно используют проектировщики, а для самостоятельных вычислений достаточно будет добавить к итоговому значению запас прочности в 5–10%, о котором мы говорили в начале статьи.

Планируя строительство, застройщики обычно уже на начальном этапе имеют представление о том, какое покрытие будет уложено на крыше и какие материалы будут использоваться в её конструкции. Поэтому узнать вес кровельного пирога можно заранее, используя инструкции производителей и специальные справочные таблицы.

Таблица: усреднённый вес некоторых видов кровли

Наименование материала	Вес, кг/м²
Ондулин	4–6
Битумная черепица	8–12
Шифер	10–15
Керамическая черепица	35–50
Профнастил	4–5
Цементно-песчаная черепица	20–30
Металлочерепица	4–5
Сланец	45–60
Черновой настил	18–20
Наслонные деревянные стропила и прогоны	15–20
Висячие стропила под холодную кровлю	10–15
Обрешётка и контробрешётка из дерева	8–12
Битум	1–3
Полимерно-битумные гидроизоляторы	3–5
Рубероид	0,5–1,7
Плёнки изоляционные	0,1–0,3
Гипсокартонные листы	10–12

Чтобы определить нагрузку от кровли на стропильный каркас (P), нужные показатели суммируются. Например, стандартная скатная кровля из ондулина будет оказывать на стропильную систему давление, равное весу ондулина, полимерно-битумной гидроизоляции, обрешётки и контробрешётки. Взяв из таблицы средние значения, получим, что P = 5 + 4 +10 = 19 кг/м².

Масса утеплителя также указана в его сопроводительных документах, но для расчёта нагрузки требуется рассчитать необходимую толщину слоя теплоизоляции. Она определяется по формуле Т = R ∙ λ, где:

Для малоэтажного частного строительства коэффициент теплового сопротивления используемых теплоизоляционных материалов не должен превышать 0,04 Вт/м∙°C.

Для наглядности снова используем наш пример. Обустраиваем крышу с декоративными стропилами, когда все слои кровельного пирога укладываются сверху и учитываются при расчёте нагрузки на стропильную систему.

Подводим итог: кровля из ондулина оказывает нагрузку на мауэрлат, равную 52 кг/ м². Давление на стропила в зависимости от конфигурации крыши составляет 19 кг/м² при обычной скатной конструкции и 32 кг/м² при открытых декоративных стропилах. В конце определяем общую нагрузку Q с учётом снеговой и ветровой составляющих:

• на стропильную систему (обычная скатная конфигурация) - Q = 234 + 15,6 + 19 = 268,6 кг/м². С учётом запаса прочности в 10% Q = 268,6 ∙1,1 = 295,5 кг/м²;
• на мауэрлат - Q = 234 + 15,6 + 54 = 303,6 кг/м². Прибавляем запас прочности и получаем, что Q = 334 кг/м².

Расчёт длины и сечения элементов стропильной конструкции

Основными несущими элементами кровельной конструкции являются стропильные лаги, мауэрлат и балки перекрытия.

Определение параметров стропильных балок

При расчёте длины стропил к найденной по теореме Пифагора величине нужно добавить ширину карнизного свеса и как минимум зо см для запланированного наружного водостока

Для нашего примера длина стропильной ноги будет равна с = √(а² + b²) = √(3² + 3,75²) = √23 ≈ 4,8 м. К найденной величине нужно прибавить ширину карнизного свеса, например, 50 см, и как минимум 30 см для организации наружного водостока. Итого общая длина стропил получается равной 4,8 м + 0,5 м + 0,3 м = 5,6 м.

Рассчитываем сечение пиломатериалов для изготовления стропильных ног, ориентируясь на полученные в результате расчётов значения:

Принцип расчёта будет следующим.

Если неравенство не соблюдается, то можно:

• увеличить толщину доски;
• уменьшить шаг стропил, хотя это не всегда удобно;
• уменьшить рабочий участок стропильных ног, если позволяет конфигурация кровли;
• сделать подкосы.

Видео: расчёт сечения и шага стропил

Естественно, что увеличение сечения приведёт к росту объёма пиломатериалов и к удорожанию кровли, поэтому сооружение подкосов на крышах с большими пролётами иногда гораздо эффективнее. Кроме того, выгадать на древесине для стропил можно и другим способом - увеличить уклон кровли и уменьшить таким образом снеговую нагрузку. Но все методы экономии на кровельных конструкциях не должны идти вразрез с архитектурной стилистикой дома.

Стойки и подкосы придают стропильной конструкции дополнительную жёсткость и устойчивость, что особенно актуально для большепролётных крыш

Таблица: сертификат пиломатериалов хвойных пород по ГОСТ 24454–80

Толщина доски, мм	Ширина доски, мм
16	75	100	125	150	-	-	-	-	-
19	75	100	125	150	175	-	-	-	-
22	75	100	125	150	175	200	225	-	-
25	75	100	125	150	175	200	225	250	275
32	75	100	125	150	175	200	225	250	275
40	75	100	125	150	175	200	225	250	275
44	75	100	125	150	175	200	225	250	275
50	75	100	125	150	175	200	225	250	275
60	75	100	125	150	175	200	225	250	275
75	75	100	125	150	175	200	225	250	275
100	-	100	125	150	175	200	225	250	275
125	-	-	125	150	175	200	225	250	-
150	-	-	-	150	175	200	225	250	-
175	-	-	-	-	175	200	225	250	-
200	-	-	-	-	-	200	225	250	-
250	-	-	-	-	-	-	-	250	-

Существует ещё один упрощённый вариант расчёта сечения досок для стропильных ног с использованием угла наклона, произвольно взятой толщины и радиуса изгиба древесины. В этом случае ширину доски рассчитывают по формулам:

• H ≥ 8,6 ∙ L max ∙ √ при α ≤ 30°;
• H ≥ 9,5 ∙ L max ∙ √ при α > 30°.

Здесь Н - ширина сечения (см), L max - максимальная рабочая длина стропил (м), B - произвольная толщина доски (см), R изг - сопротивление дерева на изгиб (кг/см), Q r - распределённая нагрузка (кг/м).

В очередной раз обратимся к нашему примеру. Поскольку угол наклона у нас больше 30°, то используем вторую формулу, куда и подставим все значения: H ≥ 9,5 ∙ L max ∙ √ = 9,5 ∙ 3,5 ∙ √ = 19,3 см, то есть H ≥ 19,3 см. Подходящая по таблице ширина составляет 20 см. По нашим данным толщина утеплителя равна 18 см, поэтому вычисленная ширина стропильной доски является достаточной.

Видео: расчёт стропильной системы

Расчёт балок перекрытий и мауэрлата

После того как мы разобрались со стропилами, обратим внимание на мауэрлат и балки перекрытия, цель которых - равномерно распределять нагрузку от крыши на несущие конструкции здания.

Мауэрлат является основным элементом крыши, на который оказывает давление вся стропильная конструкция, в силу чего он должен выдерживать внушительный вес и равномерно распределять его на стены здания

К размерам бруса для мауэрлата и балок перекрытия особые требования нормативами не предъявляются, благодаря чему для вычислений можно воспользоваться следующей таблицей, сделав перерасчёт на полную нагрузку конкретного строения.

Таблица: сечение бруса для обустройства балок перекрытия и мауэрлата

Шаг установки балок, м	Сечение бруса для мауэрлата и балок перекрытия в зависимости от длины пролёта и шага установки балок при полной нагрузке в 400 кг/м²
	2,0	2,5	3,0	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0
0,6	75Х100	75Х150	75Х200	100Х200	100Х200	125Х200	150Х200	150Х225	150Х250	150Х300
1,0	75Х150	100Х150	100Х175	125Х200	150Х200	150Х225	150Х250	175Х250	200Х250	200Х275

В нашем примере полная нагрузка на мауэрлат составляет 334 кг/м², поэтому данные таблицы приведём в соответствие нашим показателям: 334 / 400 = 0,835.

Умножаем этот коэффициент отдельно на толщину и ширину выбранных досок, взяв за основу табличное значение 150Х300, близкое к длине нашего пролёта: 0,835 ∙ 150 = 125,25 и 0,835 х 300 = 250,5. В итоге получаем необходимые для мауэрлата пиломатериалы сечением 125Х250 мм (размеры можно немного округлить в сторону уменьшения, учитывая десятипроцентный запас прочности). Аналогично рассчитываются балки перекрытия с обозначенным шагом установки.

Если балки перекрытия установлены надёжно и имеют опоры, то на них можно крепить стропила, однако в любом случае нужно предварительно рассчитать насколько они способны удерживать на себе вес всей крыши

Видео: расчёт балок на изгиб

Расчёт шага и количества стропил

Расстояние между соседними стропилами называется шагом. Это весьма значимый показатель, от которого зависят все кровельные работы - прокладка изоляционных материалов, набивка обрешётки, крепление кровельного покрытия. К тому же точно рассчитанный стропильный шаг способствует экономии при возведении крыши и безопасности в дальнейшем её обслуживании, не говоря уже о прочности конструкции и долговечности.

Чем точнее будет определён шаг стропил, тем надёжнее будет каркас крыши

Вычислить шаг стропил несложно. В интернете есть много калькуляторов, которые способны облегчить поставленную задачу и рассчитать стропильный каркас. Но мы попробуем сделать это вручную, хотя бы для того, чтобы иметь элементарное представление о стропильной системе и о том, что с ней происходит при эксплуатации.

Видео: каким должен быть шаг стропил

Расположение стропильных ног зависит от многих параметров, таких как:

• конфигурация крыши - простая односкатная или сложная многоскатная;
• угол наклона;
• суммарные нагрузки;
• вид утеплителя;
• структура стропильной системы - наслонные стропила, висячие или комбинированные;
• вид обрешётки - сплошная или разреженная;
• сечение досок для стропил и обрешётки.

Стропила есть практически у каждой постройки, даже если это классическая пергола, где они выполняют в большей степени эстетическую миссию, оттого их шаг выбирается произвольно.

Даже самые простые постройки имеют стропила, но используются они в основном в декоративных целях, поэтому стропильный шаг выбирается произвольно с учётом стилистики строения

Иное дело жилые дома, крыши которых выдерживают большие нагрузки. Здесь нужно подходить к расчёту конструктивно с учётом всех влияющих на прочность показателей:

• количество стропил высчитывается по формуле длина стены / предварительный шаг стропил + 1, дробное число округляется в бòльшую сторону;
• окончательный шаг определяется делением длины стены на количество стропил.

Безусловно, можно увеличить шаг стропил и сэкономить на материалах, установив меньшее их количество и усилив конструкцию обрешёткой. Но здесь нужно учитывать региональные климатические нагрузки, а также вес укрывного настила - в регионах с частыми порывистыми ветрами и обильными снегами стропильный шаг следует уменьшить до 0,6–0,8 м. Это касается и тяжёлых покрытий типа глиняной черепицы. Более того, в заснеженных районах со стороны ветровых потоков допустимо монтировать одиночные стропила, но с подветренного края, где образуется снежный мешок, рекомендуется устанавливать спаренные конструкции или набивать сплошную обрешётку.

А вот при уклоне скатов более 45° расстояние между стропилами можно увеличить до 1,5 м, поскольку снежные залежи крутым скатам не страшны, снег под собственной тяжестью сам сходит с крыши. Оттого, рассчитывая стропильную систему самостоятельно, нужно поработать с ветровыми и снеговыми картами, а не надеяться лишь на собственное мнение.

В заснеженных регионах с умеренными ветрами желательно делать крутые скаты, уменьшая таким образом снеговую нагрузку на крышу за счёт самопроизвольного скатывания снега

В немалой степени на шаг стропил влияет качество пиломатериалов, их стойкость на изгиб и выбранное сечение. Чаще всего для устройства несущей системы используют хвойную древесину, свойства и особенности использования которой прописаны в нормативных документах. Для каркаса из других древесных пород придётся применять коэффициент перевода, обозначенный в таблице 9 книги А. А. Савельева «Конструкции крыш. Стропильные системы» (2009). Что же касается соразмерности шага стропил и сечения, то чем длиннее стропильные ноги, тем сечение досок или брёвен должно быть больше, а шаг меньше.

Зависит межстропильное расстояние также от выбора кровельного покрытия, вида обрешётки под него, размеров утеплителя, пространства между балками перекрытия и затяжками, а также от нагрузок на стропильные узлы. Необходимо принять к сведению все нюансы и уделить больше времени на расчёты, чтобы дальнейшие работы по монтажу крыши прошли без проблем.

Использование автоматических систем расчёта кровли

Расчёты стропильной системы на первый взгляд кажутся запутанными и трудными с множеством непонятных терминов. Но если вникнуть внимательно и вспомнить школьный курс математики, то все формулы вполне доступны для понимания даже человеку без профильного образования. Тем не менее многие предпочитают несложные онлайн-программы, где требуется лишь занести данные в форму и получить результат.

Видео: расчёт крыши бесплатным калькулятором

Для более глубоких расчётов имеется специальное программное обеспечение, среди которого заслуживают внимания ПО «Автокад», SCAD, 3D Max и бесплатная программа «Аркон».

Видео: расчёт мансардной кровли в программе SCAD - подбор сечений элементов

Роль стропильной конструкции - удерживать вес всех нагрузок, равномерно распределять их и передавать на стены и фундамент. Поэтому от продуманного подхода к расчёту зависит надёжность, безопасность, долголетие и привлекательность всего строения. Лишь разобравшись в деталях обустройства стропильного каркаса, можно справиться с расчётами самостоятельно или как минимум проконтролировать добросовестность своих подрядчиков и проектировщиков, чтобы по незнанию не переплачивать лишнее. Удачи вам.

Скатная крыша имеет систему наклонных плоскостей (скатов). Конструкция стропильной системы подбирается и рассчитывается, учитывая наличие опор для неё, тип покрытия, размеры и форму перекрываемого здания. Специальный расчёт поможет подобрать необходимый размер стропильной ноги и обеспечить прочность крыши.

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.

Состав покрытия

Кровля

Этернитовые кровли представляют собой плоские или волнистые листы из асбестоцемента. Это дешёвый вид кровельного покрытия, который достаточно прост в монтаже. В последнее время исследования показали его вредное влияние на здоровье человека.

К шиферным относятся и сланцевые кровли. Они сооружаются из природного материала слоистой структуры сланца. Еврошифер, ондулин являются потомками обыкновенного шифера. Представляют собой спрессованное стекловолокно или целлюлозу, которые пропитаны битумом.

Металлическое покрытие часто используется в строительстве жилых зданий. Оно надёжно защищает дом от атмосферного влияния, имеет малый вес и не трудоёмко в монтаже. К этому виду кровель можно отнести профнастил, оцинкованную сталь, алюцинк.

Рулонные относятся к мягким видам кровель. Они водонепроницаемы, устойчивы к влиянию окружающей среды и удобны в монтаже. К ним относятся такие виды:

• рубероид (рубемаст, стекломаст, еврорубероид, толь и др.);
• битумно-полимерные (стеклоизол, стеклокром, линокром и др.);
• мембранные кровли (ПВХ, термопластичные мембраны, плёнки из синтетического каучука и др.).

Если раньше черепичные кровли были только керамическими, то сегодня встречаются: цементно-песчаные, битумные и металлочерепица.

Деревянные кровли используются редко из-за трудности устройства. Они бывают гонтовые, драничные, шиндебль, лемех, тёсовые.

Светопропускающие кровли изготавливаются из полимерных материалов и стекла. К ним можно отнести сотовый поликарбонат, гофрированный поливинилхлорид, триплекс, полиэстер и др.

Обрешётка

Кровельный настил или обрешётка является основанием для кровли. Его делают из досок или брусков. При устройстве металлической, деревянной или черепичной крыши брус обрешётки принимается сечением:

• 50х50 мм при расстоянии между стропилами — 1,0-1,1 м;
• 50х60(h) мм при шаге стропил — 1,2-1,3 м;
• 60х60 мм при шаге — 1,4-1,5 м.

Для других видов можно использовать доски 2,5 см толщиной. Под рулонную кровлю устраивается двойной настил из досок. Рабочий нижний слой настилается перпендикулярно направлению стропил с прозорами. Верхний укладывается под углом 45° к нижележащему слою. Ширина досок для него принимается не более 8 см, а толщина составляет 2 см.

Стропила

Деревянные стропила применяются бревенчатые, спиленные на один кант, из пилёного леса (брус, доска, уложенная на ребро). Для наслонных стропил лучше подойдёт круглое сечение бревна. Диаметр их составляет 12-20 см. Преимущества использования бревна по сравнению с доской или брусом следующие:

• экономия древесины (для выдерживания одинаковых нагрузок для круглого сечения нужен меньший диаметр исходного материала);
• выше предел огнестойкости;
• меньший расход металлического крепежа;
• более высокие показатели жёсткости и долговечности.

Расчёт наслонной стропильной ноги

Между стропильными ногами допускается шаг 1,0-1,5 м. Сечение их определяется по расчёту, исходя из прочности, а также жёсткости конструкции. Для этого определяется расчётная постоянная нагрузка на стропилу, включающая в себя расчет постоянных нагрузок на один погонный метр кровли и снеговую нагрузку.

Схема распредеения нагрузки по стропильной ноге: α — угол наклона кровли, q — общие постоянные нагрузки, q

Исходными данными для расчета принимаются:

• шаг установки стропильных ног;
• угол наклона кровли;
• ширина и высота крыши.

Выбор параметров, а также подбор большинства коэффициентов зависит от материала кровельного покрытия и подробного состава кровельного пирога.

Для наклонных кровель постоянные нагрузки рассчитываются по формуле:

Стропильная нога рассчитывается также на жёсткость (прогиб). Здесь используется нормативная нагрузка:

• α — угол наклона кровли;
• n, n c — коэффициенты надёжности для нагрузок от снега — 1,4, нагрузок от крыши — 1,1;
• g — вес 1 м 2 , который воспринимает стропильная нога (кровля, обрешётка, стропила);
• а — шаг стропильных ног (по оси).

• S g — вес снега на 1 м 2 , который зависит от климатического района;
• с е — коэффициент сноса снега за счёт влияния ветра и других атмосферных воздействий, зависит от режима эксплуатации кровли;
• c t — термический коэффициент.

Коэффициенты с е и c t принимаются согласно требованиям СП 20.13330.2011 раздел 10 «Снеговые нагрузки» в соответствии с 10.5 и 10.6. Для частного дома со скатной крышей с уклоном кровли свыше 20° коэффициенты с е и с t равны единице, следовательно, формула снегового покрова:

µ — коэффициент, который зависит от угла наклона крыши и определяется согласно приложению «Г» СП 20.13330.2011:

• для кровель с углом наклона менее 30° µ = 1;
• для кровель с углом наклона свыше 60° µ = 0;
• в остальных случаях для угла наклона 30°<α<60° µ = 0,033 х (60°-α).

Вес снегового покрова по районам можно уточнить в СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия», где также определяется номер района по карте приложения Ж.

Вес снегового покрова S g

Район	I	II	III	IV	V
S g кг/м 2	80	120	180	240	320

Поскольку стропильная нога подвергается изгибу от воздействия на неё нагрузок, её проверяют на прочность как изгибаемого элемента, по формуле:

М < m и R и W нт

• М — изгибающий расчётный момент;
• R и — расчётное сопротивление изгибу древесины;
• m и — коэффициент, отражающий условия работы;
• W нт — момент сопротивления данного сечения;
• R и = 130 кг/см 2 — для сосны и ели;
• m и равен 1,0 — для сечений высотой до 15 см и 1,15 — для сечений высотой более 15 см.

В индивидуальном порядке рассчитывается момент сопротивления и момент инерции для материала стропил. По полученным данным подбирается требуемый размер конструктивных элементов стропил.

Предложенный расчёт является примерным и требует дополнения в виде предельно допустимой длины опорных элементов, расстановки распорных или подпорных балок и стоек.

Пример № 1

Рассмотрим черепичную керамическую кровлю на двухскатной крыше в районе Москвы (III климатический район).

Угол наклона 27°; cos α = 0,89; шаг стропил по оси — 1,3 м; расчётный пролёт стропил — 4,4 м. Обрешётка принимается из бруса 50х60 мм.

Вес крыши на 1 м 2:

• вес кровли — 45 кг;
• вес стропильной ноги — 10 кг.

Итого: g н = 62 кг/м 2

• q = (1,1 х 62 х 0,89 + 1,4 х 126 х 0,89 2) х 1,3 = 260 кг/м.

• q н = (62 х 0,89 + 126 х 0,89 2) х 1,3 = 201 кг/м
• М = 0,125 х q х l 2 = 0,125 х 2,60 х 440 2 = 62 920 кг∙см

Момент сопротивления:

Момент инерции (I), который необходим из условия возможного прогиба f = 1/150 l; E = 100 000 кг/см 2 ; qн = 201 кг.

По специально разработанным таблицам можно определить диаметр бревна для стропил.

Диаметр бревна (см) в зависимости от W и J (для брёвен, стёсанных на один кант).

Условные обозначения	13	14	15	16	17	18	19
J	1359	1828	2409	3118	3974	4995	6201
W	211	263	324	393	471	559	658

Согласно приведённой таблице определяем диаметр бревна — 18 см.

Пример № 2

Возьмём все данные от предыдущего примера, но для кровли из ондулина. Необходимо рассчитать сечение стропильной ноги из бруса.

Угол наклона 27°; cos α =0,89; шаг стропил по оси — 1,3 м; расчётный пролёт стропил — 4,4 м. Обрешётка принимается из бруса 50х60 мм.

Вес крыши на 1 м 2:

• вес кровли из ондулина — 3,4 кг;
• обрешётка — 0,05 х 0,06 х 100 х 550/25 = 7 кг;
• вес стропильной ноги — 10 кг.

Итого: gн = 20,4 кг/м 2

• q = (1,1 х 20,4 х 0,89 + 1,4 х 126 х 0,89 2) х 1,3 = 207,6 кг/м.

• qн = (20,4 х 0,89 + 126 х 0,89 2) х 1,3 = 153,3 кг/м
• М = 0,125 х q х l 2 = 0,125 х 2,08 х 440 2 = 50 336 кг∙см

Момент сопротивления:

Момент инерции (I), который необходим из условия возможного прогиба f = 1/150 l; E = 100 000 кг/см 2 ; qн = 153,3 кг.

Принимаем брус высотой 15см. Для бруса высотой более 14 см Rи = 150 кг/см 2 . Поэтому:

По таблице определяем размер сечения бруса для стропил.

Ширина (b) и высота (h) бруса в зависимости от W и J.

	Условные обозначения
		8	9	10	11	12	13	14
		1829	2058	2287	2515	2744	2973	3201
		261	294	327	359	392	425	457
		2250	2531	2812	3094	3375	3656	3937
		300	337	375	412	450	487	525

Принимаем для стропильной ноги брус сечением 10х15 см.

Приведённые формулы можно использовать для расчёта других покрытий крыши. При этом рассчитывается нагрузка на стропильную ногу исходя их выбранного варианта. В формулах могут меняться:

• длина стропил;
• шаг стропил;
• угол уклона крыши;
• снеговая нагрузка, которую подбирают согласно региону строительства;
• вес обрешётки.

Сопряжение стропильных ног между собой и прогоном должно быть надёжным. Это обеспечивает отсутствие разрушающего распора на стены здания. Деревянные конструкции необходимо время от времени осматривать, поэтому при сооружении наслонных стропил расстояние от отметки верха чердачного перекрытия до нижней отметки мауэрлата принимается не менее 400 мм.

Двускатные крыши и сегодня являются традицией частного домостроения. Правильное устройство крыши — это прочный, долговечный и красивый дом.

-> Расчёт стропильной системы

Основным элементом крыши, воспринимающим и противостоящим всем видам нагрузок, является стропильная система . Поэтому для того чтобы ваша крыша надёжно противостояла всем воздействиям окружающей среды, очень важно сделать правильный расчёт стропильной системы.

Для самостоятельного расчёта характеристик материалов, необходимых для монтажа стропильной системы, я привожу упрощённые формулы расчёта . Упрощения сделаны в сторону увеличения прочности конструкции. Это вызовет некоторое увеличение расхода пиломатериалов, однако на небольших крышах индивидуальных строений оно будет несущественным. Данными формулами можно пользоваться при расчёте двухскатных чердачных и мансардных, а также односкатных крыш.

На основе приведенной ниже методики расчёта, программист Андрей Мутовкин (визитка Андрея - мутовкин.рф) для собственных нужд разработал Программу расчёта стропильной системы . По моей просьбе он великодушно разрешил разместить её на сайте. Скачать программу можно .

Методика расчёта составлена на основе СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», с учётом «Изменений...» от 2008г, а также на основе формул, приведенных в других источниках. Эту методику я разработал много лет назад, и время подтвердило её правильность.

Для расчёта стропильной системы, прежде всего, необходимо вычислить все нагрузки, действующие на крышу.

I. Нагрузки, действующие на крышу.

1. Снеговые нагрузки.

2. Ветровые нагрузки.

На стропильную систему, кроме вышеперечисленных, также действуют нагрузка от элементов крыши:

3. Вес кровли.

4. Вес чернового настила и обрешётки.

5. Вес утеплителя (в случае утеплённой мансарды).

6. Вес самой стропильной системы.

Рассмотрим все эти нагрузки подробнее.

1. Снеговые нагрузки.

Для расчёта снеговой нагрузки воспользуемся формулой:

Где,
S - искомая величина снеговой нагрузки, кг/м²
µ - коэффициент, зависящий от уклона крыши.
Sg - нормативная снеговая нагрузка, кг/м².

µ - коэффициент, зависящий от уклона крыши α . Безразмерная величина.

Примерно определить угол уклона крыши α можно по результату деления высоты Н на половину пролёта - L .
Результаты сведены в таблицу:

Тогда, если α меньше или равно 30°, µ = 1 ;

если α больше или равно 60°, µ = 0 ;

если 30° вычисляем по формуле:

µ = 0,033·(60-α);

Sg - нормативная снеговая нагрузка, кг/м².
Для России принимается по карте 1 обязательного приложения 5 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»

Для Белоруссии нормативная снеговая нагрузка Sg определяется
Техническим кодексом УСТАНОВИВШЕЙСЯ ПРАКТИКИ Еврокод 1. ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ Часть 1-3. Общие воздействия. Снеговые нагрузки. ТКП EN1991-1-3-2009 (02250).

Например,

Брест (I) - 120 кг/м²,
Гродно (II) - 140 кг/м²,
Минск (III) - 160 кг/м²,
Витебск (IV) - 180 кг/м².

Найти максимально возможную снеговую нагрузку на крышу высотой 2,5 м и длинной пролёта 7м.
Строение находится в дер. Бабенки Ивановской обл. РФ.

По карте 1 обязательного приложения 5 СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" определяем Sg - нормативную снеговую нагрузку для города Иваново (IV район):
Sg=240 кг/м²

Определяем угол уклона крыши α .
Для этого высоту крыши (H) разделим на половину пролёта (L): 2,5/3,5=0,714
и по таблице найдём угол уклона α=36°.

Так как 30° , расчёт µ произведём по формуле µ = 0,033·(60-α) .
Подставляя значение α=36° , находим: µ = 0,033·(60-36)= 0,79

Тогда S=Sg·µ =240·0,79=189кг/м²;

максимально возможная снеговая нагрузка на нашу крышу составит 189кг/м².

2. Ветровые нагрузки.

Если крыша крутая (α > 30°) , то из-за её парусности ветер давит на один из скатов и стремится её опрокинуть.

Если крыша пологая (α , то подъёмная аэродинамическая сила, возникающая при огибании её ветром, а также турбулентности под свесами стремятся эту крышу приподнять.

Согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» (в Белоруссии - Еврокод 1 ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия), нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm на высоте Z над поверхностью земли следует определять по формуле:

Где,
Wo - нормативное значение ветрового давления.
K - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте.
C - аэродинамический коэффициент.

K - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте. Его значения, в зависимости от высоты здания и характера местности, сведены в Таблицу 3.

C - аэродинамический коэффициент,
который в зависимости от конфигурации здания и крыши может принимать значения от минус 1,8 (крыша поднимается) до плюс 0,8 (ветер давит на крышу). Так как расчёт у нас - упрощённый в сторону увеличения прочности, то значение C принимаем равным 0,8.

При строительстве крыши необходимо помнить, что ветровые силы, стремящиеся приподнять или сорвать крышу, могут достигать значительных величин, и, поэтому, низ каждой стропильной ноги необходимо хорошенько прикреплять к стенам или к матицам.

Делается это любыми способами, например, при помощи отожжённой (для мягкости) стальной проволокой диаметром 5 - 6мм. Этой проволокой каждая стропильная нога прикручиваются к матицам либо к ушкам плит перекрытия. Очевидно, что чем крыша тяжелее, тем лучше!

Определить среднюю ветровую нагрузку на крышу одноэтажного дома c высотой конька от земли - 6м. , углом уклона α=36° в деревне Бабенки Ивановской обл. РФ.

По карте 3 приложения 5 в « СНиП 2.01.07-85» находим, что Ивановская область относится ко второму ветровому району Wo= 30 кг/м²

Так как все строения в посёлке ниже 10м., коэффициент K= 1.0

Значение аэродинамического коэффициента C принимаем равным 0,8

нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm= 30·1,0·0,8 = 24кг/м².

Для информации: если ветер дует в торец данной крыши, то на её край действует поднимающая (срывающая) сила до 33,6кг/м²

3. Вес кровли.

Различные виды кровли имеют следующий вес:

1. Шифер 10 - 15 кг/м²;
2. Ондулин (битумный шифер) 4 - 6 кг/м²;
3. Керамическая черепица 35 - 50кг/м²;
4. Цементно-песчаная черепица 40 - 50 кг/м²;
5. Битумная черепица 8 - 12 кг/м²;
6. Металлочерепица 4 - 5 кг/м²;
7. Профнастил 4 - 5 кг/м²;

4. Вес чернового настила, обрешётки и стропильной системы.

Вес чернового настила 18 - 20 кг/м²;
Вес обрешётки 8 - 10 кг/м²;
Вес собственно стропильной системы 15 - 20 кг/м²;

При расчёте окончательной нагрузки на стропильную систему, все вышеперечисленные нагрузки суммируются.

А теперь открою вам маленький секрет. Продавцы некоторых видов кровельных материалов в качестве одного из положительных свойств отмечают их лёгкость, что по их заверениям, приведёт к значительной экономии пиломатериалов при изготовлении стропильной системы.

В качестве опровержения данного утверждения приведу следующий пример.

Расчёт нагрузки на стропильную систему при использовании различных кровельных материалов.

Посчитаем нагрузку на стропильную систему при использовании самого тяжёлого (Цементно-песчаная черепица
50 кг/м² ) и самого лёгкого (Металлочерепица 5 кг/м² ) кровельного материала для нашего домика в деревне Бабенки Ивановской обл. РФ.

Цементно-песчаная черепица:

Ветровые нагрузки - 24кг/м²
Вес кровли - 50 кг/м²
Вес обрешётки - 20 кг/м²

Итого - 303 кг/м²

Металлочерепица:
Снеговые нагрузки - 189кг/м²
Ветровые нагрузки - 24кг/м²
Вес кровли - 5 кг/м²
Вес обрешётки - 20 кг/м²
Вес самой стропильной системы - 20 кг/м²
Итого - 258 кг/м²

Очевидно, что имеющаяся разница в расчётных нагрузках (всего около 15%) не сможет привести к какой-либо ощутимой экономии пиломатериалов.

Итак, с расчётом суммарной нагрузки Q , действующей на квадратный метр крыши мы разобрались!

Особо обращаю ваше внимание: при расчётах внимательно следите за размерностью!!!

II. Расчёт стропильной системы.

Стропильная система состоит из отдельных стропил (стропильных ног), поэтому расчёт сводится к определению нагрузки на каждую стропильную ногу в отдельности и расчёту сечения отдельной стропильной ноги.

1. Находим распределённую нагрузку на погонный метр каждой стропильной ноги.

Где
Qr - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги - кг/м ,
A - расстояние между стропилами (шаг стропил) - м ,
Q - суммарная нагрузка, действующая на квадратный метр крыши - кг/м² .

2. Определяем в стропильной ноге рабочий участок максимальной длины Lmax.

3. Рассчитываем минимальное сечение материала стропильной ноги.

При выборе материала для стропил руководствуемся таблицей стандартных размеров пиломатериалов (ГОСТ 24454-80 Пиломатериалы хвойных пород. Размеры), которые сведены в Таблицу 4.

Таблица 4. Номинальные размеры толщины и ширины, мм

Толщина доски - ширина сечения (В)	Ширина доски - высота сечения (Н)
16	75	100	125	150
19	75	100	125	150	175
22	75	100	125	150	175	200	225
25	75	100	125	150	175	200	225	250	275
32	75	100	125	150	175	200	225	250	275
40	75	100	125	150	175	200	225	250	275
44	75	100	125	150	175	200	225	250	275
50	75	100	125	150	175	200	225	250	275
60	75	100	125	150	175	200	225	250	275
75	75	100	125	150	175	200	225	250	275
100		100	125	150	175	200	225	250	275
125			125	150	175	200	225	250
150				150	175	200	225	250
175					175	200	225	250
200						200	225	250
250								250

А. Рассчитываем сечение стропильной ноги.

Задаём произвольно ширину сечения в соответствии со стандартными размерами, а высоту сечения определяем по формуле:

H ≥ 8,6·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон крыши α

H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон крыши α > 30°.

H - высота сечения см ,


B - ширина сечения см ,
Rизг - сопротивление древесины на изгиб, кг/см².
Для сосны и ели Rизг равен:
1 сорт - 140 кг/см²;
2 сорт - 130 кг/см²;
3 сорт - 85 кг/см²;
sqrt - квадратный корень

Б. Проверяем, укладывается ли величина прогиба в норматив.

Нормируемый прогиб материала под нагрузкой для всех элементов крыши не должен превышать величины L/200 . Где, L - длина рабочего участка.

Это условие выполняется при верности следующего неравенства:

3,125·Qr·(Lmax)³/(B·H³) ≤ 1

Где,
Qr - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги - кг/м ,
Lmax - рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны м ,
B - ширина сечения см ,
H - высота сечения см ,

Если неравенство не соблюдается, то увеличиваем B или H .

Условие:
Угол уклона крыши α = 36° ;
Шаг стропил A= 0,8 м ;
Рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны Lmax = 2,8 м ;
Материал - сосна 1 сорт (Rизг = 140 кг/см² );
Кровля - цементно-песчаная черепица (Вес кровли - 50 кг/м² ).

Как было подсчитано , суммарная нагрузка, действующая на квадратный метр крыши равна Q = 303 кг/м².
1. Находим распределённую нагрузку на погонный метр каждой стропильной ноги Qr=A·Q;
Qr=0,8·303=242 кг/м;

2. Выберем толщину доски для стропил - 5см.
Рассчитаем сечение стропильной ноги при ширине сечения 5см.

Тогда, H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/B·Rизг) , так как уклон крыши α > 30° :
H ≥ 9,5·2,8·sqrt(242/5·140)
H ≥15,6 см;

Из таблицы стандартных размеров пиломатериалов выбираем доску с ближайшим сечением:
ширина - 5 см, высота - 17,5 см.

3. Проверяем, укладывается ли величина прогиба в норматив. Для этого должно соблюдаться неравенство:
3,125·Qr·(Lmax)³/B·H³ ≤ 1
Подставляя значения, имеем: 3,125·242·(2,8)³ / 5·(17,5)³= 0,61
Значение 0,61 , значит сечение материала стропил выбрано правильно.

Сечение стропил, установленных с шагом 0,8м, для крыши нашего домика составит: ширина - 5 см, высота - 17,5 см.