Содержание
Надёжный костяк: расчёт стропильной фермы щипцовой крыши
Щипцовая крыша образуется на базе каркаса, сочетающего в себе элементарность устройства и непревзойдённую прочность. Но этими положительными качествами костяк кровли в 2 прямоугольных ската может похвалиться лишь в случае старательной подборки стропил.
Параметры стропильной фермы щипцовой крыши
К расчётам стоит приступать, если вы понимаете, что стропильная ферма щипцовой кровли — это комплекс треугольников, самых жёстких каркасных элементов. Они собираются из досок, их размер играет большую роль.
Длина стропильных систем
Определить длину прочных досок для стропильной фермы поможет формула a?+b?=c?, выведенная Пифагором.
Длину стропильные ноги можно найти, зная ширину дома и высоту крыши
Параметр «a» означает высоту и подбирается собственными силами. Он зависит от того, будет ли пространство между гидроизоляцией и кровельным материалом жилым, также имеет конкретные советы, если предполагается мансарда.
За буквой «b» стоит ширина строения, разделённая пополам. А «c» собой представляет гипотенузу треугольника, другими словами длину стропил.
Допустим, что ширина половины дома равна трём метрам, а крышу решено сделать высотой 2 метра. В данном случае длина стропил будет достигать 3,6 м (c=va?+b?=4+v9=v13?3,6).
К цифре, получившейся из формулы Пифагора, следует добавить 60–70 см. Лишние сантиметры потребуются, чтобы вынести стропильную ногу за стенку и сделать нужные запилы.
Шестиметровое стропило — самое длинное, благодаря этому вписываться в качестве стропильной ноги
Самая большая длина бруса, применяемого в качестве стропильной ноги, – 6 м. Если требуется крепкая доска большей длины, то прибегают к приёму сращения — прибиванию к стропильной ноге отрезка от ещё одного бруса.
Сечение стропил
Для самых разных компонентов стропильной фермы есть собственные классические размеры:
- 10х10 или 15х15 см — для бруса мауэрлата;
- 10х15 или 10х20 см — для стропильной ноги;
- 5х15 или 5х20 см — для прогона и подкоса;
- 10х10 или 10х15 см — для стойки;
- 5х10 или 5х15 см — для лежня;
- 2х10, 2,5х15 см — для обрешётин.
Толщина каждой детали несущей кровельной конструкции обусловливается нагрузкой, которую ей предстоит испытывать.
Брус у которого сечение 10х20 см идеально подойдет для изготовления стропильной ноги
На сечение стропил щипцовой кровли оказывает влияние:
- нагрузка на скаты кровли;
- вид строительного сырья, ведь «выдержка» бревна, обыкновенных и клеёных брусов разнится;
- длина стропильной ноги;
- вид древесины, из которой были выстроганы стропильные ноги;
- протяжённость просвета между стропилами.
Наиболее значительно на сечении стропил проявляется шаг стропильных ног. Увеличение расстояния между брусьями влечёт за собой усиление давления на несущую кровельную конструкцию, а это заставляет строителя применять толстые стропила.
Таблица: сечение стропильных систем в зависимости от длины и шага
| Длина стропил (м) | Расстояние между стропильными ногами (м) | Сечение бруса стропильной фермы (см) |
| Менее 3 | 1,2 | 8?10 |
| Менее 3 | 1,8 | 9?10 |
| От 3 до 4 | 1 | 8?16 |
| От 3 до 4 | 1,4 | 8?18 |
| От 3 до 4 | 1,8 | 9?18 |
| До 6 | 1 | 8?20 |
| До 6 | 1,4 | 10?20 |
Переменое действие на систему стропил
Давление на стропила бывает постоянным и переменным.
Иногда и с различной интенсивностью на несущую крышную конструкцию влияют ветер, снег и гидрометеоры. В общем, кровельный скат сравним с парусом, который под напором природных явлений может порваться.
Ветер стремится перевернуть или поднять крышу, благодаря этому важно произвести все расчёты правильно
Переменная нагрузка ветра на стропильные ноги определяется по формуле W = Wo ? k x c, где W — это критерий нагрузки ветра, Wo — значение нагрузки ветра, отличительной для определённого участка России, k — поправочный показатель, обусловливаемый высотой сооружения и характером местности, а c — аэродинамический показатель.
Аэродинамический показатель колеблется в рамках от -1,8 до +0,8. Минусовое значение отличительно для поднимающейся крыши, а плюсовое — для кровли, на которую ветер давит. При упрощённом расчёте с ориентацией на улучшение прочности аэродинамический показатель считают равным 0,8.
Расчёт ветрового давления на крышу базируется на местонахождении дома
Нормативное значение ветрового давления узнают по карте 3 приложения 5 в СНиП 2.01.07–85 и специализированной таблице. Показатель, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, тоже стандартизован.
Таблица: нормативное значение ветрового давления
| Ветровые области | Ia | I | II | III | IV | V | VI | VII |
| Wo, кПа | 0,17 | 0,23 | 0,30 | 0,38 | 0,48 | 0,60 | 0,73 | 0,85 |
| Wo ,кг/м? | 17 | 23 | 30 | 38 | 48 | 60 | 73 | 85 |
Таблица: значение коэффициента k
| Высота | Открытая окрестность | Закрытая окрестность со зданиями высотой более десяти метров | Городские районы со зданиями выше 20 м |
| до 5м | 0,75 | 0,5 | 0,4 |
| от 5 до 10м | 1,0 | 0,65 | 0,4 |
| от 10 до 20м | 1,25 | 0,85 | 0,53 |
На нагрузке ветра отражается не только окрестность. Важное имеет значение территория расположения жилья. За стенкой из высоких строений дому практически ничего не грозит, но на пространстве открытого типа ветер может стать для него серьёзным врагом.
Нагрузка снгега на стропильную систему вычисляется по формуле S = Sg ? µ, другими словами вес массы снега на 1 м? умножается на поправочный показатель, на значении которого отражается степень наклона кровли.
Вес снегового пласта указан в СНиП «Стропила» и определяется типом местности, где выстроено здание.
Нагрузка снгега на крышу зависит от того, где размещён дом
Поправочный показатель, если кровельные скаты кренятся менее чем на 25°, приравнивается к единице. А в случае наклона крыши на 25–60° данный показатель уменьшается до 0,7.
Когда крыша наклонена более чем на 60 градусов, нагрузку снгега сбрасывают со счётов. Всё-таки с крутой кровли снег скатывается быстро, не успевая оказать неблагоприятного воздействия на стропильные ноги.
Регулярные нагрузки
Нагрузками, воздействующим беспрерывно, считают вес пирога кровли, включая обрешётку, теплоизолятор, плёнки и материалы для отделки для обустраивания мансарды.
Пирог кровли делает стабильное давление на стропильные ноги
Вес кровли — это сумма веса всех материалов, использованных во время строительства крыши. В среднем он равён 40–45 кг/м.кв. По правилам на 1 м? стропильной фермы не должно приходиться более 50 кг веса материалов для кровли.
Чтобы в прочности стропильной фермы абсолютно не осталось сомнений, к расчёту нагрузки на стропила стоит добавлять 10%.
Таблица: вес материалов для кровли на 1 м?
| Вид кровельного заключительного покрытия | Вес в кг на 1 м? |
| Рулонное битумно-полимерное полотно | 4–8 |
| Битумно-полимерная кровельная плитка | 7–8 |
| Битумный шифер | 3–4 |
| Металлочерепица | 4–6 |
| Профильный лист, кровля фальцевая, цинковые листы металла | 4–6 |
| ЦПЧ | 40–50 |
| Черепица из керамики | 35–40 |
| Асбестоцементный волнистый кровельный лист | 10–14 |
| Кровля из сланца | 40–50 |
| Медь | 8 |
| Зелёная кровля | 80–150 |
| Черновой настил | 18–20 |
| Обрешётка | 8–10 |
| Сама стропильная ферма | 15–20 |
Кол-во брусьев
Сколько стропильных систем пригодится для обустройства каркаса щипцовой кровли, устанавливают, разделив ширину крыши на шаг между брусьями и прибавив к полученному значению единицу. Она означает добавочное стропило, которое потребуется поставить на край кровли.
Допустим, между стропильными ногами решено оставлять по 60 см, а длина крыши составляет 6 м (600 см). Выходит, что нужно 11 стропильных систем (с учитыванием добавочного бруса).
Стропильная ферма щипцовой крыши — это конструкция из определённого количества стропильных систем
Шаг брусьев несущей кровельной конструкции
Чтобы установить расстояние между брусьями несущей кровельной конструкции, необходимо обратить особое внимание на подобные моменты, как:
- вес материалов для кровли;
- длина и толщина бруса — будущей стропильной ноги;
- градус наклона кровли;
- уровень ветровой и снеговой нагрузок.
Через 90–100 см стропильные ноги принято располагать во время выбора лёгкого материала для кровли
Нормальным для стропил считается шаг в 60–120 см. Выбор в пользу 60 или 80 см выполняют в случае строительства кровли, наклоненной на 45?. Таким же небольшим шаг должен быть если появится желание покрывать каркас из дерева крыши тяжёлыми материалами вроде черепицы на керамической основе, асбоцементного асбестоцементного волнистого кровельного листа и песчано-цементной плитки.
Таблица: шаг стропильных ног в зависимости от длины и сечения
| Длина бруса-стропила (м) | Просвет между стропильными ногами (м) | ||
| 1 | 1,4 | 1,8 | |
| Сечение стропильных систем (см) | |||
| Менее 2,8 | 4?12,5 | 4?17,5 | 4?20 |
| 2,8–3,5 | 4?17,5 | 4?20 | 4?22,5 |
| 3,5–4,2 | 4?20 | 4?25 | 5?25 |
| 4,2–5 | 4?22,5 | 6?25 | 7,5?25 |
| Более 5 | 6?25 | 7,5?25 | 10?25 |
Формулы расчёта стропильной фермы щипцовой крыши
Расчёт стропильной фермы сводится к установке давления на каждый брус и определению благоприятного сечения.
При расчёте стропильной фермы щипцовой кровли работают так:
- По формуле Qr=AxQ узнают, какая нагрузка на метр погонный каждой стропильной ноги. Qr — это распределённая нагрузка на метр погонный стропильной ноги, выраженная в кг/м, A — расстояние между стропильными ногами в метрах, а Q — общаяя нагрузка в кг/м?.
- Переходят к определению очень маленького сечения бруса-стропила. Для этого изучают данные таблицы, занесённой в ГОСТ 24454–80 «Лесоматериалы хвойных пород. Размеры».
- Смотря на типовые параметры, подбирают ширину сечения. А высоту сечения вычисляют, применяя формулу H ? 8,6·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон кровли ? 30°. H — это высота сечения в см, Lmax — рабочий участок стропильной ноги самой большой длины в метрах, Qr — распределённая нагрузка на метр погонный стропильной ноги в кг/м, B — ширина сечения см, Rизг — сопротивление древесины на изгиб, кг/см?. Если материал произведён из сосны или ели, то Rизг предположительно составит 140 кг/см? (1 сорт древесины), 130 кг/см? (2 сорт) или 85 кг/см? (3 сорт). Sqrt — это квадратный корень.
- Проверяют, отвечает ли величина прогиба нормативам. Она не должна быть выше цифры, которая выходит в результате деления L на 200. Под L понимается длина рабочего участка. Соответствие величины прогиба соотношению L/200 выполнимо исключительно при верности неравенства 3,125·Qr·(Lmax)?/(B·H?) ? 1. Qr означает распределённую нагрузку на метр погонный стропильной ноги (кг/м), Lmax — рабочий участок стропильной ноги самой большой длины (м), B — ширину сечения (см), а H — высоту сечения (см).
- Когда выше предоставленное неравенство нарушается, критерии B и H делают больше.
Таблица: номинальные размеры толщины и ширины пиломатериала (мм)
| Толщина доски — ширина сечения (B) | Ширина доски — высота сечения (H) | ||||||||
| 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 | — |
Пример расчёта несущей конструкции
Предположим, что ? (наклонный угол крыши) = 36°, A (расстояние между стропильными ногами) = 0,8 м, а Lmax (рабочий участок стропильной ноги самой большой длины) = 2,8 м. В качестве брусьев применяется материал из сосны первого сорта, а это означает, что Rизг = 140 кг/см?.
Для кровельного покрытия подобрана ЦПЧ, и благодаря этому вес крыши составляет 50 кг/м?. Общаяя нагрузка (Q), которую чувствует каждый метр квадратный, равна 303 кг/м?. А для строительства стропильной фермы применяются брусья толщиной 5 см.
Отсюда вытекают следующие вычислительные действия:
- Qr=A·Q= 0,8·303=242 кг/м — распределённая нагрузка на метр погонный бруса-стропила.
- H ? 9,5·Lmax·sqrt(Qr/B·Rизг).
- H ? 9,5·2,8·sqrt(242/5·140).
- 3,125·Qr·(Lmax)?/B·H? ? 1.
- 3,125·242·(2,8)? / 5·(17,5)?= 0,61.
- H ? (приблизительная высота сечения стропильные ноги).
В таблице классических размеров необходимо отыскать высоту сечения стропильных систем, близкую к критерию 15,6 см. Подходящим считается параметр, равный 17,5 см (при ширине сечения в 5 см).