Размеры стропил. Стропильная нога: конструкция и установка Как вычислить несущую способность

Возведение каркаса крыши выполняется согласно разработанному проекту, в котором указаны все необходимые параметры, включая тип конструкции, шаг стропил, сечение элементов и способ монтажа узлов.

Принципы расчета системы

В процессе эксплуатации кровли ее каркас испытывает высокие нагрузки различных типов :

• постоянные (вес самой стропильной системы и кровельного пирога);
• периодические (ветровая и снеговая нагрузка, вес человека, обслуживающего или ремонтирующего крышу или дымоход).

Чтобы правильно рассчитать и сделать надежную крышу, необходимо определиться с ее конфигурацией, выбрать вид кровельного покрытия, вычислить оптимальный угол наклона скатов. Степень сложности каркаса и размеры его элементов в определенной степени зависят от параметров расчетной нагрузки, основная часть которой приходится на стропила. Такие размеры деревянного стропила, как сечение, желательно выбрать с некоторым запасом по прочности .

Как определиться с длиной стропил? Для вычислений требуется применить теорему Пифагора (если известна длина торцевой стены и высота расположения конька), либо теорему синусов (если помимо длины торцевой стены известен угол наклона ската кровли).

Для изготовления стропила можно использовать доски или брус. Построить каркас крыши, рассчитанный на высокие нагрузки, помогут дополнительные элементы, придающие конструкции жесткость.

Определяем шаг стропил

Чтобы высчитать шаг стропил, необходимо принять во внимание вес кровельного покрытия, угол наклона скатов, ветровые и снеговые нагрузки. В среднем шаг (расстояние между соседними ногами, формирующими скат крыши) колеблется в диапазоне от 70 до 120 см.

Чтобы исключить риск деформации стропильных ног под высокими нагрузками, рекомендуется использовать сухой пиломатериал при монтаже стропильной системы . Обычно это брус или доска толщиной не менее 50 мм. Точные размеры деревянного стропила и других элементов определяются исходя из требований к прочности конструкции.

Шаг стропил зависит от степени уклона крыши и длины стропильных ног. Чтобы построить прочную крышу, перекрыв большой пролет между коньком и верхней частью стены, шаг стропил следует уменьшить. К примеру, для кровли с уклоном 45° максимальный шаг следует делать не более 80 см. Уменьшить шаг стропил следует и при использовании тяжелых кровельных материалов, к которым относится керамическая черепица, цементно-песчаная плитка, асбоцементный шифер.

Вычисление сечения элементов стропильной системы

Если предстоит построить крышу своими руками, необходимо выполнить . Так же, следует обратить внимание на характеристики материала, из которого изготавливаются стропильные ноги.

Нормативные документы регламентируют несущую способность, какую имеет древесина различных пород. Если рассматривается сечение стропил из бруса или досок, ослабленных вырубками и/или отверстиями под болтовые соединения, несущая способность древесины рассчитывается с коэффициентом 0,8 от нормативного значения. Также необходимо обратить внимание на сорт древесины для изготовления – дефекты снижают ее устойчивость к нагрузкам. Сечение стропил подбирается с учетом стандартных размеров пиломатериала. Делать неразрезную несущую конструкцию следует из бруса или доски длиной не более 6,5 м .

Рассчитав систему и определив размеры стропильных ног и ригелей, требуется вычислить общий вес этих элементов и добавить полученное значение к расчетным нагрузкам :

• полный объем пиломатериалов, необходимых для каркаса крыши, умножается на объемный вес древесины;
• полученное значение (собственный вес стропил, кг/м2) прибавляется к расчетной нагрузке;
• расчетная схема конструкции пересчитывается с использованием полученного выше результата.

Обработка стропильных элементов антисептиком

В частном строительстве возведение стропильной системы чаще всего ведется из пиломатериалов, поскольку древесина доступна по цене и позволяет изготавливать конструкции своими руками без применения сложного инструмента. Подготовленный к монтажу древесный материал (такой как брус, оцилиндрованное бревно) нередко попадает на строительную площадку уже обработанный защитными средствами в производственных условиях. Но на изготовление обычно идет доска или брус, не пропитанный специальными составами.

Чем обработать стропила перед монтажом каркаса крыши? Обработка требуется для защиты древесины от гниения и предотвращения опасности возгорания. Обработка антисептиком и огнезащитным составом может проводиться по отдельности. С использованием комплексного огнебиозащитного средства обработка займет вдвое меньше времени .

Обработка антисептиком или комбинированным составом должна выполняться в два приема. Необходимо пропитать верхний слой древесины специальной жидкостью, нанеся ее кистью или валиком. После высыхания первого слоя обработка антисептиком повторяется.

Стропила скатной крыши

Как сделать стропила для скатной кровли? Строительство стропильной системы односкатной или двускатной крыши своими руками требует внимательного подхода к изготовлению стропильных ног. Размеры рассчитываются на этапе проектирования кровли. Чтобы правильно сделать эти элементы конструкции, необходимо использовать пиломатериал регламентированного проектом сечения и длины.

Степень сложности работ во многом зависит от того, какая конструкция выбрана для монтажа. Если требуется делать наслонные стропила из досок или бруса, каждый элемент подгоняется по месту установки при креплении его к коньковому прогону и мауэрлату. Важно строго следить за соблюдением геометрии всей конструкции.

Висячие стропильные фермы удобнее изготавливать по шаблону, чтобы добиться точного совпадения размеров каждой конструкции. Для этого вырубки в досках и сборку ферм рекомендуется делать на земле. Затем необходимо сделать проверку горизонтальности мауэрлата или опорных балок, геометрических размеров коробки здания. Устранив возможные недочеты можно приступить к монтажу стропильных ферм на доме.

Диагональные стропила

Обустройство стропильной системы вальмовой крыши своими руками требует монтажа различных видов стропил, таких, как :

• накосные (диагональные балки, формирующие треугольный скат);
• центральные вальмовые;
• боковые;
• укороченные (нарожники).

Боковые стропильные ноги изготавливают из доски и устанавливают аналогично элементам обычной скатной кровли с висячей или наслонной конструкцией. Центральные вальмовые стропила представляют собой наслонные элементы. Чтобы сделать нарожники, применяются бруски или доски, которые крепятся к диагональным балкам и мауэрлату.

Как сделать стропила для вальмовой крыши? Чтобы правильно смонтировать данный вид кровельной конструкции, требуется точно рассчитать сечение и угол наклона накосных балок. Размеры элементов зависят от длины перекрываемого пролета. Важно соблюсти симметричность при монтаже диагональных стропильных балок, в противном случае под нагрузкой крыша может деформироваться .

Изготовление стропил под заданный размер

Использование унифицированных пиломатериалов для изготовления различных элементов стропильной системы позволяет оптимизировать затраты на строительство и упростить вычисление и монтаж узлов крыши. В частности, при необходимости сделать стропильные ноги определенного сечения и длины может использоваться цельный брус, его отрезки или доски.

Чтобы изготовить своими руками жесткую балку, применяется метод сплачивания досок – они соединяются широкими сторонами и пробиваются в шахматном порядке гвоздями. Длинную балку заданного сечения можно делать из четырех и более правильно сплоченных досок – соединенных между собой со сдвигом на половину длины доски. Такая балка отличается высокой прочностью и может использоваться как диагональная стропилина.

Решая вопрос, как удлинить стропила, можно применить метод вкладыша. В этом случае между двумя досками укладывается третья, выступающая на определенную длину. Чтобы соединить доски используются гвозди, вбитые в шахматном порядке. Важно не только тщательно выровнять доски, но и вложить в пустующий промежуток между крайними элементами фрагменты доски (вкладыши), соответствующие по толщине центральной доске. Данный метод позволяет делать наращивание в длину стандартных стропильных ног (не вальмовых).

Принципы крепления стропил

Чтобы обеспечить надежность стропильной системы, возводимой своими руками, необходимо заранее определиться с тем, как крепить стропила в коньке и к опоре крыши. Если предполагается сделать крепление, которое предотвратит деформацию крыши при усадке здания, необходимо вверху скрепить стропила между собой болтом с гайкой или шарнирной пластиной, а внизу установить специальный крепежный элемент – скользящую опору.

Строительство дома всегда оканчивается возведением крыши, которая предполагает обязательное устройство стропильной системы. Конструкция эта включает в себя стропильные ноги, мауэрлат, затяжки, подкосы, нарожники, шпренгели, стойки, обрешетка и прочие элементы, обеспечивающие прочность и жесткость всей системы.

В разных конструкциях крыш стропильная нога может называться рядовым стропилом или диагональной (накосной) стропильной ногой т требует расчета на прочность. Расчет стропильной системы основывается на сборе постоянных и временных нагрузок, которые будут действовать на крышу.

Постоянные нагрузки:

• вес всех элементов стропильной конструкции;
• вес паро- и гидроизоляционных материалов;
• вес кровельного материала;
• вес отделочных материалов потолка, при наличии мансардных помещений.

Временные нагрузки:

Характеристики стропильных ног

На основании полученного значения нагрузок делается расчет стропильной ноги, её длина и поперечное сечение, в зависимости от выбранного материала, вида крыши и типа стропил – наслонных или висячих. Некоторые виды сложных крыш могут содержать и те и другие.

А в вальмовых кровлях, кроме стропильных ног используются еще и укороченные стропила, которые называются нарожниками и требуют так же своего расчета. Кроме этого в расчете нуждаются все дополнительные элементы стропильной системы, такие, как затяжки, подкосы, стойки и ригели, поскольку на них приходится определённая нагрузка, передающаяся от стропил.

Длина стропильной ноги зависит, прежде всего, от размеров здания, а также от уклона скатов кровли, который получается от выбранной формы крыши. Обычно, длину стропила стараются делать не более 6 м, так весь пиломатериал, поступающий в продажу, имеет именно эту максимальную длину. Но случается, что размеры дома требуют стропил большей длины, в этом случае их наращивают. В основном длинные стропильные ноги бывают у накосных (диагональных) стропил, при возведении вальмовых или полувальмовых крыш.

На выбор сечения стропильной ноги оказывают влияние множественные факторы:

• нагрузки постоянные и временные;
• вид кровельного материала;
• уклон скатов;
• тип крыши;
• размеры дома;
• климатические условия;
• качество материала для изготовления стропильных ног.

Для устройства крыши используют древесину хвойных пород. Но, при выборе необходимо следить, чтобы не попадались доски или брусья с синевой, множеством больших сучков.

Влажность древесины должна составлять не более 20-22%, поскольку слишком влажное дерево, по мере высыхания будет изменяться в размерах, а это в свою очередь может привести к нарушению герметичности кровли и другим негативным последствиям.

Лучше всего, если расчет стропильной системы будет производить специалист. В настоящее время достаточно фирм, которые предлагают такие услуги.

Можно самостоятельно рассчитать стропильные ноги, размеры и длину, если воспользоваться готовыми калькуляторами в интернете. Стоит только ввести в программу нужные размеры, а программа сама уже выдаст готовый результат сечения, длины и шага стропил.

В строительстве частных жилых домов, как правило, используются доски сечением 50х150 мм при изготовлении стропил крыш любой конфигурации. Шаг стропильных ног равняется примерно 1 метру, в зависимости от выбранного вида кровельного материала, количества снега в зимнее время и уклона крыши.

Так, для крыш, уклон которых составляет более 45 градусов, шаг стропил выбирается в пределах 1,2-1,4 м, а для регионов с большими снежными нагрузками это расстояние будет 0,6-0,8 м.

Также следует обращать внимание на тип кровельного материала. Самым тяжелым считается натуральная черепица. Сечение стропильных ног соответственно будет увеличиваться, если будет большая длина стропильных ног и их шаг.

Особенности монтажа стропильных ног

Крепление стропильных ног к мауэрлату самый ответственный момент во всей постройке крыши. От правильности выполненного соединения стропил и мауэрлата зависит прочность всей конструкции крыши.

Существует два способа крепления – скользящее и жесткое , каждое из которых подходит под определённый вид стропил – висячих или наслонных.

Жесткое крепление исключает любые подвижки, повороты или изгибы стропил. Это достигается изготовлением запилов на самом стропиле и последующем закреплении стропильной ноги с мауэрлатом при помощи металлических скоб, проволоки или длинных гвоздей, а также с использованием металлических уголков.

Скользящее соединение, или как его часто называют «шарнирное», может иметь две степени свободы. Такое соединение часто используется при строительстве деревянных домов, чтобы дать крыше свободу постепенно оседать на сруб, который в течение нескольких лет может давать усадку. В этом случае соединение стропильных ног на коньке не делается жестким. Сама стропильная нога при скользящем сопряжении соединяется с мауэрлатом с помощью запила и укреплением с боков двумя гвоздями, забиваемых наискосок, по отношению друг к другу или путем забивания одного гвоздя сверху вниз в стропильную ногу с проникновением в мауэрлат.

Другие способы – использование металлических пластин, в которых имеются отверстия для гвоздей или соединение стропила и мауэрлата металлическими скобами.

При строительстве вальмовой крыши диагональная стропильная нога часто получается больше 6 метров в длину, поэтому требует наращивания.

Это достигается спариванием двух досок, которые применяются при устройстве обычных стропил. Диагональные стропила всегда длиннее рядовых, к тому же они испытывают нагрузку в полтора раза превышающую ту, которая приходится на обычные стропила, так как на них опираются еще и накосные ноги.

Стропильная система , бесспорно, является важнейшим структурным элементом любой скатной крыши. Последствием ее неправильной установки может стать не только деформация кровли, требующая дорогостоящего ремонта, но и полное обрушение крыши на голову несостоятельного строителя.

На устойчивость стропильной системы к различным нагрузкам влияют следующие четыре основных фактора:

1. прочность креплений стропил к коньку и мауэрлату;
2. верный расчет опорной конструкции для стропил в зависимости от длины пролета;
3. выбор стропильного материала;
4. шаг между стропилами.

Темой этой статьи является выбор материала и шага между стропилами с учетом предполагаемого типа кровли.

На чем основываются расчеты?

При проведении расчетов учитываются четыре главных показателя:

Наиболее важным является расчет максимальной нагрузки на крышу, состоящей из:

• веса стропил,
• веса обрешетки,
• веса кровельного материала и утеплителя,
• снеговой нагрузки (справочная информация, уникальная для каждого региона),
• ветровой нагрузки (тоже справочная информация),
• веса человека (при необходимости ремонта или чистки, 175 кг/кв.м).

Для проведения точных расчетов специалисты используют особые формулы из сопромата, но при постройке частного можно воспользоваться приблизительными рекомендациями.

Методика вычисления расстояния между стропилами

Расчет точного расстояния между стропилами основывается на результатах предварительного вычисления максимально допустимого шага. Чтобы произвести это вычисление, учитывают общую нагрузку, конструкцию крыши и используемый на стропильные ноги материал.

Методика расчета шага каркаса крыши:

1. Замерить длину крыши от торца до торца.
2. Полученное расстояние поделить на максимальный размер шага.
3. Полученное значение округлить до большего целого . Это количество межстропильных пролетов.
4. Общую длину крыши поделить на количество пролетов . Это искомый размер шага стропил.
5. К количеству пролетов добавить единицу .Это необходимое количество стропил.

Для некоторых видов кровельного материала желательно применять фиксированные расстояния между стропилами, в таком случае на одном из торцов крыши устанавливается дополнительное стропило с нестандартным шагом.

Шаг стропильной ноги в зависимости от материала

Можно увеличивать по мере увеличения прочности материала, из которого они изготовлены. Чаще всего к каждому кровельному материалу указывается необходимый под него шаг стропил и допустимые сечения стропильных ног с учетом нагрузки.

Эти рекомендации носят региональный характер и применимы к центральной полосе России и более южным регионам. Перед разработкой чертежа стоит обязательно проверить уровень ветрового давления и заснеженности в своем регионе, и скорректировать шаг и/или сечение стропил.

В тех регионах, где снеговая нагрузка значительно превышает ветровую, рекомендуется применение крыш со скатом 35 – 45 градусов.

Стропильная система в частных домах чаще всего выполняется из бревен диаметром 12 – 22 см , бруса/доски толщиной 40 – 100 мм и шириной 150 – 220 мм . При расчетах можно допустить применение вместо бревен определенного диаметра брусьев аналогичной ширины, толщиной 100 мм .

Стропильная конструкция под профнастил

Стропильная конструкция под керамическую черепицу

Керамическая черепица имеет существенные отличия от других видов кровельных материалов, которые необходимо учитывать при проектировании стропильной системы под нее:

• В 5 – 10 раз больший вес, приводящий к удвоению веса всей крыши . Это приводит к необходимости использовать частый шаг (0,6-0,8 метра ) и увеличенную на 25% площадь сечения стропил.
• Мелкосборный характер материала. Увеличивает требования к точности установки поперечной обрешетки. Шаг обрешеточного бруса, допустимые сечения и углы установки всегда указываются в инструкции к каждой конкретной модели черепицы.

Существуют модели черепицы, предназначенные для установки под углом 12 – 60 градусов , рядовые модели рекомендуется монтировать под углом 20 – 45 градусов . Для обрешетки чаще всего используют брус 50х50 мм .

Стропильная конструкция под металлочерепицу

Металлочерепица по сути представляет собой менее жесткий и более легкий декоративный вариант профнастила, поэтому требования по стропильной системе, в частности по рекомендуемым сечениям стропильных ног, во многом совпадают.

Особенностью стропильной конструкции под металлочерепицу можно назвать значительное уменьшение шага обрешетки, который должен быть равен длине продольной волны (30 см для большинства видов). Это приводит к необходимости уменьшить расстояние между стропилами до 0,6 – 1 м , для снижения расходов пиломатериала на обрешетку. Угол ската крыши выбирается от 22 до 45 градусов .

Стропильная конструкция под ондулин

Ондулин – шифер на основе стекловолокна и битума, выпускается только одним производителем и имеет унифицированные технологические нормы по установке:

• допустимый угол монтажа – 5 – 45 градусов ;
• расстояние между стропилами – 60 см при угле ската до 15 градусов, до 90 см – при угле более 15 градусов ;
• обрешетка – сплошная фанерная на склоне до 10 градусов , доска 30х100 мм с шагом 45 см на склоне 10 – 15 градусов , брус 40х50 мм с шагом 60 см на склоне свыше 15 градусов.

Учитывая небольшой вес материала, сечение стропильных ног подбирается исходя из тех же рекомендаций, что и для профнастила.

Стропильная конструкция под покрытие из шифера

Шифер – традиционный, достаточно жесткий и тяжелый кровельный материал, хрупкий, но устойчивый к постоянным нагрузкам. Такие свойства меняют рекомендации по оптимальному устройству стропильной системы в сторону использования более прочных элементов и увеличения шага между ними:

• Из-за низкой герметичности нежелательно использовать шиферные крыши с углом ската менее 22 градусов. При необходимости монтажа такой крыши в качестве инструкции можно использовать рекомендации по установке ондулина, с поправкой на универсальный шаг обрешетки – 55 см.
• Допустимый угол для установки стропил под шифер – до 60 градусов.
• Шаг установки выбирается от 0,8 до 1,5 м , в зависимости от сечения стропильной ноги, нагрузки и наличия обрешеточного материала.
• Материал на стропила подбирается несколько большего сечения, чем для легких кровель . Для наиболее популярного шага 1,2 м берется брус сечением от 75х150 до 100х200 мм , в зависимости от длины пролета между опорами.
• Материал под обрешетку подбирается в соответствии с величиной расстояния между стропилами – брус 50х50 мм до 1,2 м, брус 60х60 мм – 1,2 м и более.
• Шаг обрешетки подбирается таким образом, чтобы каждый лист лежал на трех брусьях, и имел нахлест на 15 см с соседним. Учитывая стандартную длину листа 1,75 м , используется шаг 80 см .

Стропила для односкатной и двускатной кровли

Какое расстояние стропил для односкатной кровли? Односкатная крыша не требует сложной стропильной конструкции. Стропила укладываются от стены к стене, чаще всего без использования мауэрлата, прямо на венец.

Отсутствие дополнительных ребер жесткости устанавливает максимальный угол уклона – 30 градусов и допустимую длину пролета – менее 6 м (для деревянных стропил). Оптимальный угол – 15 – 20 градусов .

Такие крыши обычно не подвержены ветровым нагрузкам, но требуют защиты от осадков. В регионах, где давление ветра сравнимо со снеговой нагрузкой, правильная установка односкатной крыши “по ветру” способна привести к самоочищению кровли.

Двухскатная крыша представляет собой систему параллельных треугольников, соединенных между собой мауэрлатом и коньком. Существует множество элементов для прочного скрепления сторон треугольника между собой и передачи нагрузок от стропильных ног стенам – стойки, стяжки, укосины, опорные балки и так далее.

Шаг между стропилами двускатной крыши делают с учетом размера теплоизолятора, который укладывают между ними. Примерный шаг между стропильными ногами 1-1,2 метра

Прочность жесткого треугольника возрастает по мере приближения его формы к равнобедренному, поэтому при повышении угла ската до 60 градусов можно расширять шаг между стропилами.

Однако, это также приведет к увеличению расхода материала и к многократному усилению парусности крыши. Оптимальный угол уклона для снежных регионов – 45 градусов , для ветреных – 20 градусов .

Расстояние между стропилами крыши мансардного типа определяет, какая часть нагрузки приходится на каждый элемент. При проектировании вальмовой кровли шаг стропил должен составлять от 60 см до 1 м.

• Верное крепление стропил не менее важно, чем правильный расчет конструкции. Перед самостоятельным монтажом крыши стоит взять урок у опытного плотника и почитать обучающую литературу.
• При выборе шага стропил не забывайте о теплоизоляции. Все виды утеплителя способны немного сжиматься, поэтому покупать их можно по приблизительному размеру. Наиболее часто выпускаемые размеры – 60, 80, 100, 120 см.
• Для крыш с уклоном от 45 градусов и более можно не учитывать вес человека на крыше. Это снимает 175 килограмм расчетной нагрузки на квадратный метр и позволяет ставить стропила в среднем на 20% реже.
• Снежную и ветровую нагрузку в регионах России можно узнать по нормативным документам – картам в приложении Ж к .
• В сети существует множество онлайн-калькуляторов для крыши , способных если не рассчитать верно все нюансы, то хотя бы посоветовать подбор верного сечения для стропила.

Проектирование и грамотные расчеты элементов стропильной конструкции – залог успеха в строительстве и в последующей эксплуатации крыши. Она обязана стойко сопротивляться совокупности временных и постоянных нагрузок, при этом по минимуму утяжелять постройку.

Для производства вычислений можно воспользоваться одной из многочисленных программ, выложенных в сети, или все выполнять вручную. Однако в обоих случаях требуется четко знать, как рассчитать стропила для крыши, чтобы досконально подготовиться к строительству.

Стропильная система определяет конфигурацию и прочностные характеристики скатной крыши, выполняющей ряд значимых функций. Это ответственная ограждающая конструкция и важная составляющая архитектурного ансамбля. Потому в проектировании и расчетах стропильных ног следует избегать огрехов и постараться исключить недочеты.

Как правило, в проектных разработках рассматривается несколько вариантов, из которых выбирается оптимальное решение. Выбор наилучшего варианта вовсе не означает, что нужно составить некое число проектов, выполнить для каждого точные вычисления и в итоге предпочесть единственный.

Сам ход определения длины, монтажного уклона, сечения стропилин заключается в скрупулезном подборе формы конструкции и размеров материала для ее сооружения.

Например, в формулу вычисления несущей способности стропильной ноги первоначально вводят параметры сечения наиболее подходящего по цене материала. А если результат не соответствует техническим нормам, то увеличивают или уменьшают размеры пиломатериала, пока не добьются максимального соответствия.

Метод поиска угла наклона

У определения угла уклона скатной конструкции есть архитектурные и технические аспекты. Кроме пропорциональной конфигурации, наиболее подходящей по стилистике здания, безукоризненное решение должно учитывать:

• Показатели снеговой нагрузки. В местностях с обильным выпадением осадков возводят крыши с уклоном от 45º и более. На скатах подобной крутизны не задерживаются снежные залежи, благодаря чему ощутимо сокращается суммарная нагрузка на кровлю, стопила и постройку в целом.
• Характеристики ветровой нагрузки. В районах с порывистыми сильными ветрами, прибрежных, степных и горных областях, сооружают низко-скатные конструкции обтекаемой формы. Крутизна скатов там обычно не превышает 30º. К тому же ветра препятствуют образованию снежных залежей на крышах.
• Масса и тип кровельного покрытия. Чем больше вес и мельче элементы кровли, тем круче нужно сооружать стропильный каркас. Так надо, чтобы сократить вероятность протечек через соединения и уменьшить удельный вес покрытия, приходящийся на единицу горизонтальной проекции крыши.

Для того чтобы выбрать оптимальный угол наклона стропилин, проектом необходимо учесть все перечисленные требования. Крутизна будущей крыши обязана соответствовать климатическим условиям выбранной для строительства местности и техническим данным кровельного покрытия.

Правда владельцам собственности в северных безветренных областях следует помнить, что при увеличении угла наклона стропильных ног возрастает расход материалов. Сооружение и обустройство крыши крутизной 60 – 65º обойдется приблизительно в полтора раза дороже, чем возведение конструкции с углом в 45º.

В местностях с частыми и сильными ветрами не стоит слишком сокращать уклон в целях экономии. Излишне пологие крыши проигрывают в архитектурном отношении и не всегда способствуют снижению цифры расходов. В таких случаях чаще всего требуется усиление изоляционных слоев, что в противовес ожиданиям эконома приводит к удорожанию строительства.

Уклон стропилин выражается в градусах, в процентах или в формате безразмерных единиц, отображающих отношение половины метража пролета к высоте установки конькового прогона. Понятно, что градусами очерчивается угол между линией потолочного перекрытия и линией ската. Процентами редко пользуются из-за сложности их восприятия.

Самый распространенный метод обозначения угла наклона стропильных ног, применяемый как проектировщиками малоэтажных строений, так и строителями, это безразмерные единицы. Они в долях передают отношение длины перекрываемого пролета к высоте крыши. На объекте проще всего найти центр будущей фронтонной стенки и установит в нем вертикальную рейку с отметкой высоты конька, чем откладывать углы от края ската.

Расчет длины стропильной ноги

Длину стропилины определяют после того, как выбран угол наклона системы. Оба указанных значения нельзя отнести к числу точных величин, т.к. в процессе вычисления нагрузки как крутизна, так и следом за ней длина стропильной ноги может несколько изменяться.

К основным параметрам, влияющим на проведение расчетов длины стропил, относится тип карнизного свеса крыши, согласно чему:

1. Внешний край стропильных ног обрезается заподлицо с наружной поверхностью стены. Стропила в этой ситуации не формируют карнизный свес, защищающий конструкцию от осадков. Для защиты стен устанавливается водосток, закрепленный на прибитой к торцевому краю стропилин карнизной доске.
2. Обрезанные заподлицо со стеной стропила наращиваются кобылками для образования карнизного свеса. Кобылки крепят к стропилинам гвоздями после сооружения стропильного каркаса.
3. Стропила изначально раскраиваются с учетом длины карнизного свеса. В нижнем сегменте стропильных ног выбирают врубки в виде угла. Для формирования врубок отступают от нижнего края стропилин на ширину карнизного выноса. Врубки нужны для увеличения опорной площади стропильных ног и для устройства опорных узлов.

На стадии расчета длины стропильных ног требуется продумать варианты крепления каркаса крыши к мауэрлату, к перепускам или к верхнему венцу сруба. Если задумана установка стропилин заподлицо с внешним контуром дома, то расчет проводится по длине верхнего ребра стропилины с учетом размера зуба, если он используется для формирования нижнего соединительного узла.

Если стропильные ноги раскраиваются с учетом карнизного выноса, то длину рассчитывают по верхнему ребру стропилины вместе со свесом. Отметим, что применение треугольных врубок ощутимо ускоряет темпы возведения стропильного каркаса, но ослабляет элементы системы. Потому при расчетах несущей способности стропилин с выбранными углом врубками применяется коэффициент 0,8.

Среднестатистической шириной карнизного выноса признаны традиционные 55 см. Однако разброс может быть от 10 до 70 и больше. В расчетах используется проекция карнизного выноса на горизонтальную плоскость.

Есть зависимость от прочностных характеристик материала, на основании чего изготовитель рекомендует предельные значения. К примеру, производители шифера не советуют выносить кровлю за контур стен на расстояние свыше 10 см, чтобы накапливающаяся вдоль свеса крыши снежная масса не смогла повредить край карниза.

Крутые крыши не принято оборудовать широкими свесами, независимо от материала карнизы не делают шире 35 – 45 см. А вот конструкции с уклоном до 30º может отлично дополнить широкий карниз, который послужит своеобразным навесом в областях с избыточным солнечным освещением. В случае проектирования крыш с карнизными выносами по 70 и более см, их укрепляют дополнительными опорными стойками.

Как вычислить несущую способность

В сооружении стропильных каркасов применяются пиломатериалы, выполненные из хвойных пород древесины. Заготовленный брус либо доска должны быть не ниже второго сорта.

Стропильные ноги скатных крыш работают по принципу сжатых, изогнутых и сжато-изогнутых элементов. С задачами сопротивления сжатию и изгибу второсортная древесина превосходно справляется. Только в случае, если элемент конструкции будет работать на растяжение, требуется первый сорт.

Стропильные системы устраивают из доски или бруса, подбирают их с запасом прочности, ориентируясь на стандартные размеры выпускаемого поточно пиломатериала.

Расчеты несущей способности стропильных ног проводятся по двум состояниям, это:

• Расчетное. Состояние, при котором в результате приложенной нагрузки конструкция разрушается. Вычисления проводятся для суммарной нагрузки, которая включает вес кровельного пирога, ветровую нагрузку с учетом этажности постройки, массу снега с учетом уклона крыши.
• Нормативное. Состояние, при котором стропильная система прогибается, но разрушение системы не происходит. Эксплуатировать крышу в таком состоянии обычно нельзя, но после проведения ремонтных операций она вполне пригодна для дальнейшего использования.

В упрощенном расчетном варианте второе состояние является 70 % от первой величины. Т.е. для получения нормативных показателей расчетные значения нужно банально помножить на коэффициент 0,7.

Нагрузки, зависящие от климатических данных региона строительства, определяются по картам, приложенным к СП 20.13330.2011. Поиск нормативных значений по картам предельно прост – нужно найти место, где расположен ваш город, коттеджный поселок или другой ближайший населенный пункт, и снять показания о расчетном и нормативном значении с карты.

Усредненные сведения о снеговой и ветровой нагрузке следует скорректировать согласно архитектурной специфике дома. Например, снятое с карты значение надо распределять по скатам в соответствии с составленной для местности розы ветров. Получить распечатку с ней можно в местной метеослужбе.

С наветренной стороны постройки масса снега будет гораздо меньше, поэтому расчетный показатель умножают на 0,75. С подветренной стороны снежные залежи будут накапливаться, поэтому умножают тут на 1,25. Чаще всего чтобы унифицировать материал для строительства крыши, подветренную часть конструкции сооружают из спаренной доски, а наветренную часть устраивают стропилинами их одинарной доски.

Если неясно, какой из скатов будет с подветренной стороны, а какой наоборот, то лучше оба умножить на 1,25. Запас прочности вовсе не помешает, если не слишком сильно повысит стоимость пиломатериала.

Указанный картой расчетный вес снега еще корректируют в зависимости от крутизны крыши. Со скатов, установленный под углом 60º, снег будет сразу сползать без малейших задержек. В расчетах для таких крутых крыш поправочный коэффициент не применяют. Однако при более низком уклоне снег уже сможет задерживаться, поэтому для уклонов 50º применяется добавка в виде коэффициента 0,33, а для 40º она же, но уже 0,66.

Ветровую нагрузку определяют аналогичным образом по соответствующей карте. Корректируют значение в зависимости от климатической специфики области и от высоты дома.

Для расчета несущей способности основных элементов проектируемой стропильной системы требуется найти максимальную нагрузку на них, суммируя временные и постоянные величины. Никто же не будет усиливать крыши перед снежной зимой, хотя на даче лучше бы поставить страховочные вертикальные распорки на чердаке.

Кроме массы снега и давящей силы ветров в вычислениях необходим учет веса всех элементов кровельного пирога: установленной поверх стропилин обрешетки, самой кровли, утеплителя, внутренней подшивки, если она применялась. Весом паро- и гидроизоляционных пленок с мембранами принято пренебрегать.

Сведения о весе материалов указываются изготовителем в технических паспортах. Данные о массе бруска и доски берутся в приближении. Хотя приходящуюся на метр проекции массу обрешетки можно рассчитать, взяв за основу тот факт, что кубометр пиломатериалов весит в среднем 500 – 550 кг/м 3 , а аналогичный объем ОСП или фанеры от 600 до 650 кг/м 3 .

Приведенные в СНиПах значения нагрузок обозначены в кг/м 2 . Однако стропилина воспринимает и держит только ту нагрузку, которая непосредственно давит на этот линейный элемент. Для того чтобы сделать расчет нагрузки именно на стропила, совокупность природных табличных значений нагрузок и массы кровельного пирога умножают на шаг установки стропильных ног.

Приведенное к линейным параметрам значение нагрузки можно уменьшить или увеличить путем изменения шага – расстояния между стропилинами. Корректируя площадь сбора нагрузки, добиваются оптимальных ее значений во имя долгой службы каркаса скатной крыши.

Определение сечения стропилин

Стропильные ноги крыш различной крутизны выполняют неоднозначную работу. На стропила пологих конструкций действует в основном изгибающий момент, на аналоги крутых систем к нему добавляется еще сжимающее усилие. Потому в расчетах сечения стропил обязательно учитывается наклон скатов.

Расчеты для конструкций с уклоном до 30º

На стропильные ноги крыш указанной крутизны действует лишь изгибающее напряжение. Рассчитываются они на максимальный момент изгиба с приложением всех видов нагрузки. Причем временные, т.е. климатические нагрузки используются в вычислениях по максимальным показателям.

У стропилин, имеющих только опоры под обоими собственными краями, точка максимального изгиба будет находиться в самом центре стропильной ноги. Если стропилина уложена на три опоры и составлена из двух простых балок, то моменты максимального изгиба придутся на середины обоих пролетов.

У цельной стропилины на трех опорах максимальный изгиб будет в районе центральной опоры, но т.к. под изгибающимся участком находится опора, то направлен он будет вверх, а не так как у предыдущих случаев вниз.

Для нормальной работы стропильных ног в системе необходимо выполнить два правила:

• Внутреннее напряжение, сформированное в стропилине при изгибе в результате приложенной к ней нагрузки, обязано быть меньше расчетного значения сопротивления пиломатериала на изгиб.
• Прогиб стропильной ноги должен быть меньше нормируемого значения прогиба, который определен соотношением L/200, т.е. прогнуться элементу разрешается только на одну двухсотую долю его реальной длины.

Дальнейшие вычисления состоят в последовательном подборе размеров стропильной ноги, которые в результате удовлетворят указанным условиям. Для вычисления сечения имеются две формулы. Одна из них используется для определения высоты доски или бруса по произвольно заданной толщине. Вторая формула применяется для расчета толщины по произвольно заданной высоте.

В вычислениях необязательно пользоваться обеими формулами, достаточно применить только одну. Полученный в итоге расчетов результат проверяют по первому и второму предельному состоянию. Если расчетная величина получился с внушительным запасом по прочности, вводимый в формулу произвольный показатель можно уменьшить, чтобы не переплачивать за материал.

Если расчетная величина момента изгиба получится больше, чем L/200, то произвольное значение увеличивают. Подбор проводится в соответствии со стандартными размерами имеющихся в продаже пиломатериалов. Так подбирают сечение до того момента, пока не будет подсчитан и получен оптимальный вариант.

Рассмотрим простой пример вычислений по формуле b = 6Wh². Предположим, h = 15 см, а W это отношение M/R изг. Величину М вычислим по формуле g×L 2 /8, где g – суммарная нагрузка, вертикально направленная на стропильную ногу, а L – это длина пролета, равная 4 м.

R изг для пиломатериалов из хвойных пород принимаем в соответствии с техническим нормами 130 кг/см 2 . Допустим, суммарную нагрузку мы рассчитали заранее, и она у нас получилась равной 345 кг/м. Тогда:

M = 345 кг/м × 16м 2 /8 = 690 кг/м

Чтобы перевести в кг/см делим результат на 100, получаем 0,690 кг/см.

W = 0,690 кг/см/130 кг/см 2 = 0,00531 см

B = 6 × 0,00531 см × 15 2 см = 7,16 см

Округляем результат как положено в большую сторону и получаем, что для устройства стропил с учетом приведенной в примере нагрузки потребуется брус 150×75 мм.

Проверяем результат по обоим состояниям и убеждаемся в том, что нам подходит материал с рассчитанным сейчас сечением. σ = 0,0036; f = 1,39

Для стропильных систем с уклоном свыше 30º

Стропила крыш крутизной более 30º вынуждены сопротивляться не только изгибу, но и силе сжимающей их вдоль собственной оси. В этом случае помимо проверки по описанному выше сопротивлению на изгиб и по величине изгиба нужно рассчитывать стропилины по внутреннему напряжению.

Т.е. действия выполняются в аналогичном порядке, но проверочных расчетов несколько больше. Точно также задается произвольная высота или произвольная толщина пиломатериала, с ее помощью рассчитывается второй параметр сечения, а затем проводится проверка на соответствие вышеперечисленным трем техническим условиям, включая сопротивление сжатию.

При необходимости в усилении несущей способности стропилины вводимые в формулы произвольные значения увеличивают. Если запас прочности достаточно большой и нормативный прогиб ощутимо превышает вычисленное значение, то есть смысл еще раз выполнить расчеты, уменьшив высоту или толщину материала.

Подобрать первоначальные данные для производства расчетов поможет таблица, в которой сведены общепринятые размеры выпускаемых у нас пиломатериалов. Она поможет подобрать сечение и длину стропильных ног для первоначальных вычислений.

Видео о проведении расчетов стропилин

Ролик наглядно демонстрирует принцип выполнения расчетов для элементов стропильной системы:

Выполнение расчетов несущей способности и угла установки стропил – важная часть проектирования каркаса крыши. Процесс непростой, но разобраться в нем необходимо и тем, кто производит расчеты вручную, и тем, кто пользуется расчетной программой. Нужно знать, где брать табличные величины и что дают расчетные значения.

Пусть сооружение стропильной системы кажется довольно простым делом, но оно требует точных математических расчётов. Правильные размеры элементов несущей конструкции не позволят кровле быть хрупкой и спасут хозяина дома от чрезмерных денежных трат.

Расчёт параметров стропильной системы

Стропильную систему образуют не только стропильные ноги. В конструкцию входят мауэрлат, стойки, подкосы и другие элементы, размеры которых строго стандартизированы. Дело в том, что составляющим стропильной системы полагается выдерживать и распределять определённые нагрузки.

Элементы стропильной системы простой двускатной крыши - это стропила, прогон (коньковая доска), стойки, лежень, мауэрлат и подстропильные ноги (подкосы)

Это конструкция из четырёх брусьев, соединяющая кирпичные, бетонные или металлические стены дома с деревянной несущей конструкцией крыши.

Брус мауэрлата должен занимать 1/3 места наверху стены. Оптимальное сечение этого пиломатериала - 10х15 см. Но существуют и другие подходящие варианты, например, 10х10 либо 15х15 см.

Главное, для создания мауэрлата не брать брусья шириной менее 10 см, так как они сильно подведут в вопросе прочности. А вот пиломатериал шириной более 25 см в надёжности сомнений не вызовет, однако будет давить на дом так, что тот в скором времени начнёт разрушаться.

Мауэрлат должен быть уже стены, иначе он будет оказывать на стены чрезмерное давление

Идеальная длина бруса для основания под стропильную систему равна длине стены. Соблюсти это условие не всегда получается, поэтому мауэрлат позволительно сооружать и из отрезков полностью или хотя бы примерно одинаковых по длине.

Лежень выступает элементом стропильной системы, который находится в лежачем положении и служит основанием для стойки (бабки) несущей конструкции кровли.

В качестве лежня обычно берётся брус такого же сечения, как и мауэрлат. То есть оптимальный размер горизонтального элемента на внутренней несущей стене - 10х10 или 15х15 см.

Размером лежень не отличается от мауэрлата

Коньковый брус

Из-за размеров конькового бруса, в который стропила упираются верхним концом, вес крыши не должен выходить за допустимые рамки. Это значит, что для конька требуется брать брус довольно прочный, но нетяжёлый, чтобы под его давлением не прогнулись другие элементы несущей конструкции кровли.

Наиболее подходящий сосновый пиломатериал для конька крыши - это брус сечением 10х10 см или 20х20 см, как у стоек конструкции.

Коньковый прогон не должен быть толще стойки стропильной системы

Кобылка

Кобылка - это доска, удлиняющая стропило, если оно недопустимо короткое.

При использовании кобылок стропильные ноги обрезают вровень с наружной стеной. А доски, удлиняющие их, подбирают таким образом, чтобы они образовывали необходимый свес крыши и были не толще самих стропил.

К длине кобылки обязательно добавляют лишние 30–50 см, которые уйдут на совмещение стропила с дополнительной доской и сделают соединение каркаса и свеса кровли максимально крепким.

По толщине кобылка уступает стропильной ноге

Стойки

Стойка - это то же самое, что и центральная опора. Высоту вертикального бруса в стропильной системе принято находить по формуле h = b 1 xtgα – 0,05. h - это высота стойки, b 1 – половина ширины дома, tgα – тангенс угла между стропилом и мауэрлатом, а 0,05 - это примерная высота коньковой балки в метрах.

Главное требование к стойкам - устойчивость, поэтому в качестве них выбирают толстые, как лежень, брусья

Подкосом называется элемент стропильной системы, который под углом не менее 45° (по отношению к горизонтали среза стен) одним концом монтируется на стропиле, а другим - на затяжке, проложенной в направлении от одной стены дома к другой, вплотную к вертикальной стойке.

Длину подкоса определяют по теореме косинусов, то есть по формуле a² = b² + c² - 2 x b x c x cosα для плоского треугольника. a обозначает длину подкоса, b - часть длины стропила, c - половину длины дома, а α – угол, противолежащий стороне a.

Длина подкоса зависит от длины стропила и дома

Ширина и толщина подкосов должна быть идентична этим же размерам у стропильной ноги. Это значительно облегчит задачу по закреплению элемента в каркасе кровли.

Затяжка устанавливается у основания стропильной системы и играет роль балки перекрытия. Длина этого элемента определяется протяжённостью здания, а его сечение не отличается от параметра стропильных ног.

Затяжка по-другому может называться потолочной лагой

Скользящая опора или элемент стропильной системы, позволяющий ей приспосабливаться к изменению конфигурации, должен характеризоваться следующими параметрами:

• длина - от 10 до 48 см;
• высота - 9 см;
• ширина - 3–4 см.

Размер скользящей опоры должен позволять хорошо фиксировать стропила на основании кровли

Доски или брусья для стропил

Размер досок, которые станут стропилами крыши с симметричными скатами, определить нетрудно. В этом поможет формула из теоремы Пифагора c² = a²+ b², где c выступает в качестве необходимой протяжённости стропильной ноги, a обозначает высоту от основания кровли до конькового бруса, а b - ½ часть ширины здания.

Параметры стропил, отличающихся асимметрией, тоже узнают по формуле Пифагора. Однако показателем b в этом случае будет уже не половина ширины дома. Это значение для каждого ската придётся измерять отдельно.

По формуле Пифагора можно вычислить как длину стропил, так и высоту стойки

Стропилами обычно становятся доски толщиной от 4 до 6 см. Минимальный параметр идеален для строений хозяйственного назначения, например, гаражей. А стропильную систему обычных частных домов создают из досок толщиной 5 или 6 см. Средний показатель ширины главных элементов несущей конструкции кровли - 10–15 см.

При большом шаге и значительной длине сечение стропил непременно увеличивают. Допустим, когда расстояние между ногами несущей конструкции крыши достигает 2 м, для стропил выбирают сечение 10×10 см.

На длину стропила влияет степень наклона кровли и протяжённость пространства между стенами, расположенными друг против друга. С увеличением уклона крыши длина стропильной ноги растёт, как и её сечение.

Размер стропил обусловлен величиной зазора между ними

Таблица: соответствие длины стропильной ноги её толщине и шагу

Угол стропила

Величину угла стропила определяют по формуле α = Н / L, где α – это угол наклона кровли, Н - высота конькового бруса, а L - половина пролёта между противоположными стенами дома. Полученное значение переводят в проценты по таблице.

Как будут наклонены стропила, зависит от двух показателей - высоты конька и ширины дома

Таблица: определение угла стропила в процентах

Видео: вычисление размера стропильных ног

Для каждого элемента стропильной системы существуют усреднённые данные о размерах. На них можно ориентироваться, однако лучше высчитывать параметры стоек, подкосов и иных составляющих несущей конструкции кровли в специальных программах на компьютере или с помощью сложных геометрических формул.