Расчет стропильной системы, постоянной и снеговой нагрузок (видео)

Расчет стропильных систем является ключевым этапом проектирования здания, позволяет установить параметры основных конструкций. Перед началом расчетов, необходимо исследовать уровень нагрузок, влияющих на крышу в течение всего года.

Строение двускатной крыши дома.

Особенности расчета стропильной системы

Рисунок 1. Расчет нагрузки на стропил.

Можно выделить факторы, которые, в зависимости от природных условий, делятся на:

• постоянное воздействие;
• переменное воздействие;
• особые нагрузки.

К первой категории относится нагрузка, непрерывно воздействующая на систему фермы: масса кровли, гидроизолирующий слой, система обрешетки, тепло- и пароизоляция, а также иные составляющие, относящиеся к системе двускатной или мансардной кровли. Таким образом, постоянные нагрузки оказывают непрерывное воздействие и имеют фиксированный вес. Среди переменных нагрузок – климатические факторы по типу осадков, снега, ветрового потока и пр. Особенными нагрузками называются факторы, вызываемые климатическим влиянием с повышенной степенью интенсивности. Этот параметр следует брать во внимание в территориальных зонах с возможностью сейсмической активности или в областях, где могут возникать сильные ураганы и штормы.

Расчет постоянной нагрузки

Схема возведения стропильной системы двускатной крыши.

На рис. 1 можно увидеть расчет нагрузки на систему стропил. Для того чтобы верно определить длину стропильного бруса и данные, на которые предстоит ориентироваться, первоначально необходимо произвести расчет массы кровельного «пирога». Для того чтобы получить конечное значение, следует осуществить вычисление веса 1 м² каждого слоя. Как правило, крыша имеет в составе следующие элементы. Обрешетка, которая обустраивается из досок, обладающих незначительной толщиной (2,5 см). Вес 1 м² обрешетки равен 15 кг. Еще в системе содержатся следующие составляющие: теплоизолятор, гидроизолятор, финишное покрытие. После того как был определен вес каждой составляющей, в зависимости от используемого материала, к полученному результату следует прибавить 10%, это позволит несколько увеличить прочность фермы.

Профессиональные застройщики рекомендуют выбирать материалы для обустройства кровельного «пирога» так, чтобы уровень нагрузки в конечном итоге не оказался больше 50 кг на 1 м². На следующем этапе можно приступать к определению снеговой нагрузки.

Расчет снеговой нагрузки

Схема соединения и крепления стропильных ног и мауэрлата.

Для того чтобы произвести расчеты снеговой нагрузки, следует использовать формулу, в которую предстоит подставить коэффициенты СНиП. Формула имеет следующий вид:

F=P×k, где F – полная снеговая нагрузка, P – масса осадков на 1 м², тогда как k – это корректирующий коэффициент.

В СНиП можно найти и корректирующий коэффициент, вариация которого происходит в зависимости от уровня уклона крыши. При наличии уклона, который превышает 60°, коэффициент использовать не следует; при уклоне в пределах 25-69° следует применять корректирующий коэффициент, который эквивалентен 0,7. Кровли, которые имеют еще меньший наклон скатов, требуют использования корректировки, равной 1.

Снег по мансардной или другой кровле скатной конструкции распределяется неравномерно, самые большие скопления образуются в областях излома.

Стропильные ноги в таких точках следует монтировать с самым незначительным шагом, в качестве оптимального варианта выступает монтаж спаренных составляющих. Помимо прочего, при обустройстве слоев кровельного «пирога» в особенно сложных зонах следует применять двойную гидроизоляцию, а также обрешетку сплошного типа.

Расчет ветровой нагрузки

Рисунок 2. Таблица расчета стропильной ноги.

Если дом имеет незначительный угол наклона крыши, то есть вероятность того, что система кровли будет повреждена и сорвана, на что повлияет аэродинамическая нагрузка. А вот более значительный уклон способен стать причиной того, что кровля будет подвергаться высокому давлению ветра. Для определения ветровой нагрузки на кровлю следует использовать формулу с поправочными коэффициентами. Она имеет следующий вид: V=R×k, в ней V – уровень ветровой нагрузки, R – уровень определенного региона, обозначение k представлено корректирующим коэффициентом.

Показатель региона – табличное значение, прописанное в СНиП, а поправочный коэффициент должен быть выбран в соответствии с высотой постройки и территорией, на которой установлено здание. Показатель коэффициента варьируется следующим образом:

• показатель для построек на открытой местности и с высотой, равной 20 м, эквивалентен 1,25;
• при наличии на территории препятствий в виде высоких домов или посадок коэффициент будет равен 0,85;
• если расчет ведется для постройки, высота которой равна 10 м, следует использовать поправку 1,0 и 0,65;
• показатели 0,75 и 0,85 применяются для определения нагрузки на низкие дома до 5 м в зависимости от территории строительства.

Расчет системы стропил

Рисунок 3. Таблица размеров пиломатериалов.

Невозможно верно рассчитать систему стропил, если не будут учтены показатели нагрузки, шаг между пролетами, расстояние между обрешеткой. В процессе расчета конструкции допустимо использовать таблицу стандартов. Подбирать сечение стропильных ног нужно, учитывая факторы, среди которых:

• габариты стропильной ноги;
• расстояние между стропилами;
• высчитанные цифры нагрузок.

Для того чтобы выбрать наиболее подходящее значение сечений стропильной ноги, следует воспользоваться таблицей на рис. 2. Рекомендуемые параметры могут варьироваться в зависимости от территории, на которой выстроен дом. Наиболее просто в процессе расчетов конструкции фермы определить габариты стропильной ноги. Для того чтобы получить верное значение, нужно применить теорему Пифагора, в данном случае в качестве катетов выступит разница в высоте, для ее определения следует использовать значение стен постройки и ее ширину, а вот гипотенузой станет стропильный брус, его длину первоначально предстоит определить.

Ввиду того что в системе содержатся стропильные ноги, расчет нужно производить, определяя нагрузку на каждую ногу в отдельности. Для того чтобы найти распределенную нагрузку на погонный метр ноги, нужно воспользоваться формулой: Qr=AхQ, в ней Qr – это распределенная нагрузка в кг/м; буква A представлена шагом между стропилами, в метрах; Q – общая нагрузка на 1 м^² кровли, в кг/м². В стропильной ноге нужно определить рабочий участок наибольшей длины Lmax. Далее, предстоит определить наименьшее сечение материала ноги. В процессе выбора материала для стропил следует использовать таблицу размеров пиломатериалов (рис. 3).

Рисунок 4. Пример расчета стропильной систем.

Ширина сечения может быть задана произвольно с учетом стандартных размеров, а высота сечения может быть определена по формуле: H ≥ 8,6.Lmax.sqrt(Qr/(B.Rизг)), при уклоне кровли α < 30°, H ≥ 9,5.Lmax.sqrt(Qr/(B.Rизг)), при уклоне α > 30°.

H – это высота сечения в сантиметрах, Lmax представлен рабочим участком стропильной ноги наибольшей длины в метрах, Qr – распределенная нагрузка на 1 п.м. ноги, в кг/м, B – ширина сечения в сантиметрах, Rизг – сопротивление материала на изгиб, в кг/см², sqrt – это квадратный корень.

Теперь можно проанализировать, соответствует ли показатель прогиба нормативу. Нормируемый прогиб под нагрузкой для элементов кровли не должен оказаться больше L/200, где L – это длина рабочего участка, представленная в сантиметрах. Данное условие выполняется, если правдиво следующее неравенство: 3,125.Qr.(Lmax)³/(B.H³) ≤ 1, здесь Qr – это распределенная нагрузка на 1 п.м. ноги, выраженная в кг/м; Lmax – рабочий участок ноги наибольшей длины в метрах; B – это ширина сечения, выраженная в сантиметрах; H – высота сечения в сантиметрах. При несоблюдении неравенства стоит увеличить B или H.

На рис. 4 можно увидеть пример расчета стропильной системы. Если не имеете навыков в этой области, то расчет можно произвести с помощью специальных программ.