Надежная стропильная система – гарантия долговечности и прочности любой крыши. Для ее правильного конструирования важно рассчитать нагрузку, прочность на прогиб, учесть аэродинамические коэффициенты и другие параметры. Рассказываем, какие нагрузки нужно учесть и как сделать расчеты для стропил кровли правильно. Кстати, отличный материал для кровли Вашей крыши!
Учитываем виды нагрузок
Стропильная система любой кровли подвергается разным видам нагрузок, таким как:
В расчеты также закладываются форс-мажорные нагрузки, которые могут возникнуть из-за сейсмоактивности, пожара, взрыва или других обстоятельств. Чтобы учесть их, в расчет принимаются предельные показатели величин.
Для расчета стропильной конструкции в учет берутся два предела:
-
Разрушение, то есть нагрузки, которые кровля при их воздействии не выдержит.
-
Прогиб, деформация или нагрузки, при которых кровля выстоит, но будет повреждена.
Чаще всего для вычисления прочности кровли берется предел разрушения.
Рассчитываем снеговую нагрузку
Рассмотрим вычисления на примере формула расчета снеговой нагрузки: Ms = Q × Ks × Kc. В ней учтена масса снега (Ms) и снеговая нагрузка на 1 м2(Q), а также поправочный коэффициент на угол наклона кровли (Ks) и коэффициент ветрового сноса снега с крыш (Kc).
Эти показатели берутся и карты веса снегового покрытия.
Также узнать их можно из Таблицы 1 в соответствии с регионом проживания, указанном на карте снегового покрова горизонтальной плоскости.
Таблица 1.
|
Снеговые районы РФ
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
|
Q, кПа (кг/м2)
|
0,8
|
1,2
|
1,8
|
2,4
|
3,2
|
4,0
|
4,8
|
5,6
|
Поправочный коэффициент на угол наклона кровли не учитывается для кровли, наклон которых больше 600. В этом случае он равен нулю. Если уклон кровли в пределах 25-600 в качестве значения Ks берут коэффициент 0,7. В остальных случаях его принимают за 1. Kc или коэффициент ветрового сноса снега для пологой крыши с углом ската 7-120 при скорости ветра до 4 м/с равен 0.85. Этот показатель берется из карты средней скорости ветра по регионам РФ.
Для регионов, где зимой теплее -50 этот коэффициент не учитывается, поскольку при такой температуре на снегу образуется корка и он не сдувается ветром. Также при расчетах следует учитывать, что снег из ветра может ложиться на кровлю неравномерное и оказывать на ее скаты неодинаковое воздействие.
Определяем ветровую нагрузку
Средняя ветровая нагрузка вычисляется по формуле: Mv = Wo x Kv x Kc x коэффициент прочности. В ней Wo – нагрузка ветрового давления, Kv – это коэффициент поправки ветрового давления, который зависит от высоты здания и местности, а Kc – аэродинамический коэффициент. Также как и с нагрузкой от снега, коэффициенты для формулы берутся из таблиц и карты.
Коэффициент Wo определяется по карте ветрового давления.
Kv - коэффициент поправки ветрового давления можно узнать из Таблицы 2.
Таблица 2.
|
Высота, м
|
А
|
Б
|
В
|
|
Не более 5
|
0,75
|
0,5
|
0,4
|
|
10
|
1,00
|
0,65
|
0,4
|
|
20
|
1,25
|
0,85
|
0,55
|
А, Б и В из таблицы – это типы местности. А – открытые пространства у побережья, степи, лесостепи и тундра. Б – городские и лесистые территории, имеющие равномерное покрытие препятствиями для ветра. В – районы городов с плотной застройкой высотными зданиями от 25 метров и выше.
Kc или аэродинамический коэффициент можно узнать из Таблицы 3. Он зависит от градуса уклона кровли и соотношения длины и высоты здания.
Таблица 3.
|
Коэффициент
|
Градус наклона
|
При h/l равном
|
|
0
|
0,5
|
1
|
2
|
|
Ce1
|
0
20
40
60
|
0
+0,2
+0,4
+0,8
|
-0,6
-0,4
+0,3
+0,8
|
-0,7
-0,7
-0,2
+0,8
|
-0,8
-0,8
-0,4
+0,8
|
|
Ce2
|
Меньше 60
|
-0,4
|
-0,4
|
-0,5
|
-0,8
|
Если крыша односкатная, для расчетов нужно использовать показатели коэффициента Ce1.
Рассчитываем собственный вес кровли
Чтобы определить массу кровли, сперва устанавливают вес 1м2, который состоит из целого ряда показателей, таких как:
-
объем леса обрешетки (м3) с учетом плотности древесины (500 кг/м3);
-
масса стропильной системы;
-
масса 1м2 кровельного материала;
-
масса 1м2 утеплителя;
-
масса 1м2 отделки;
-
масса 1м2 гидроизоляции.
Узнать эти параметры можно из информации на упаковке строительных или отделочных материалов. Считается, что в среднем масса одного квадратного метра кровельной конструкции равна примерно 50 кг/м2, но для максимальной прочности кровли в расчет закладывают этот показатель с запасом, указывая 55 кг/м2.
Приведем данные о массе разных видов кровельных материалов:
-
Шифер – 10 - 15 кг/м²;
-
Ондулин – 4 - 6 кг/м²;
-
Керамическая черепица – 35 - 50кг/м²;
-
Цементно-песчаная черепица – 40 - 50 кг/м²;
-
Битумная черепица – 8 - 12 кг/м²;
-
Металлочерепица – 4 - 5 кг/м²;
-
Профнастил – 4 - 5 кг/м²;
-
Вес чернового настила – 18 - 20 кг/м²;
-
Вес обрешетки – 8 - 12 кг/м²;
-
Вес стропильной системы – 15 - 20 кг/м².
Рассчитываем распределенную нагрузку стропильной системы
Она определяется по формуле: N = шаг стропил x Q. В этой формуле N - равномерная нагрузка на стропильную ногу в кг/м, под шагом стропил понимается расстояние между стропилами в метрах, а Q – итоговая нагрузка на крышу в кг/м².
Шаг между стропилами обычно зависит от ширины кровельных листов и колеблется в пределах от 0,6 до 1,2 метра. Сечение стропил можно узнать из Таблицы 4. Из ее показателей легко не только рассчитать нагрузку стропильной системы, но и определить с тем, какого сечения нужно покупать дерево для ее монтажа.
Таблица 4.
|
Расстояние между стропилами, шаг (см)
|
Длина стропил (метры)
|
|
3,0
|
3,5
|
4,0
|
4,5
|
5,0
|
5,5
|
6,0
|
|
215
|
100х150
|
100х175
|
100х200
|
100х200
|
100х250
|
100х250
|
-
|
|
175
|
75х150
|
75х200
|
75х200
|
100х200
|
100х200
|
100х200
|
100х250
|
|
140
|
75х125
|
75х175
|
75х200
|
75х200
|
75х200
|
100х200
|
100х200
|
|
110
|
75х150
|
75х150
|
75х175
|
75х175
|
75х200
|
75х200
|
100х200
|
|
90
|
50х150
|
50х175
|
50х200
|
75х175
|
75х175
|
75х250
|
75х200
|
|
60
|
40х150
|
40х175
|
50х150
|
50х150
|
50х175
|
50х200
|
50х200
|
Как правило, при строительстве жилых домов для обустройства стропильной конструкции используется лес с толщиной и шириной 50х150 мм. Расчет сечения стропил определяется по их максимальной нагрузке, а также на прогиб. При этом учитывается предельный момент изгиба и устойчивость стропил к прогибу в самом длинном участке кровельного пролета.
Толщину сечения в зависимости от угла наклона кровли вычисляется по формуле:
a) Если угол наклона кровли <30°: H ≥ 8,6 x Lm x √(N / (B x Rизг))
b) Если уклон наклона кровли >30°: H ≥ 9,5 x Lm x √(N / (B x Rизг))
В этих формулах:
-
H, см – высота стропил
-
Lm, м – нагруженная зона самой длинной стропильной ноги
-
N,кг/м – нагрузка на стропильную ногу
-
B, см – ширина стропил
-
Rизг, кг/см² – сопротивление изгибу, которое имеет дерево.
Величина прогиба стропил не должна превышать показать L/200, то есть быть не больше величины длины контрольного пролета между опорами. Длина для расчета выражается в сантиметрах и делится на 200. Если все расчеты произведены верно, будет соблюдено неравенство: 3,125 xNx(Lm)³ / (BxH³) ≤ 1. Если равенство не соблюдается, значит, требуется увеличение ширины или высоты сечения стропил.
Узнать сопротивление древесины на изгиб можно из справочников строителя или у производителей строительного леса. Компания "МОСБЛОК".
Онлайн калькулятор расчета односкатной крыши