Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

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.

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

Наслонные стропила опираются на внешние несущие стены зданий и на дополнительные внутренние опоры, в случае если расстояние между основными овремями 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.

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий 1,2 — висячая стропильная система. 2,4 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 овремями 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.

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

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.

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

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.

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

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.).

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

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

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

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

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

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 — 1,01,1 м;
  • 50х60(h) мм при шаге стропил — 1,2–1,3 м;
  • 60х60 мм при шаге — 1,41,5 м.

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

Для других видов можно использовать доски 2,5 см толщиной. Под рулонную кровлю устраивается двойной настил из досок. Рабглазай 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

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий Схема распредеения нагрузки по стропильной ноге: α -угол наклона кровли, q — общие постоянные нагрузки, qн — нормальная нагрузка.

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.

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:

формула

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

формула

  • α — угол наклона кровли;
  • n, nc — коэффициенты надёжности для нагрузок от снега — 1,4, нагрузок от крыши — 1,1;
  • g — вес 1 м2 , который воспринимает стропильная нога (кровля, обрешётка, стропила);
  • S0 — нормативная снеговая нагрузка;
  • а — шаг стропильных ног (по оси).

формула

  • Sg — вес снега на 1 м2, который зависит от климатического района;
  • се — коэффициент сноса снега за счёт влияния ветра и других атмосферных воздействий, зависит от режима эксплуатации кровли;
  • ct — термический коэффициент.

Коэффициенты се и ct 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 се и сt равны единице, следовательно формула снегового покрова:

формула

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*(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.

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

Вес снегового покрова Sg

Район I II III IV V
Sg кг/м2 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 < mиRиWнт

  • М — изгибающий расчётный момент;
  • Rи — расчётное сопротивление изгибу древесины;
  • mи — коэффициент, отражающий условия работы;
  • Wнт — момент сопротивления данного сечения;
  • Rи=130 кг/см2 — для сосны и ели;
  • mи 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 расчет является примерным и требует дополнения в виде предельно допустимой длины опорных элементов, расстановки распорных или подпорных балок и стоек.

Пример № 1.

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

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 м2:

  • вес кровли — 45 кг;
  • обрешётка — 0,05*0,06*100*550/25=7 кг;
  • вес стропильной ноги — 10 кг.

Итого: gн = 62 кг/м2

Расчётная нагрузка на 1 метр погонный:

q = (1,1* 62*0,89 + 1,4*126*0,892)*1,3 = 260 кг/м.

Нормальная нагрузка на 1 метр погонный:

qн = (62*0,89 + 126*0,892)*1,3 = 201 кг/м.

М = 0,125*q*l2 = 0,125*2,60*4402 = 62 920 кг∙см

Момент сопротивления:

формула

Момент инерции (I), который необходим из условия возможного прогиба f = 1/150 l; E = 100 000 кг/см2; qн = 201 кг.

формула

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

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

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 м2:

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

Итого: gн = 20,4 кг/м2

Расчётная нагрузка на 1 метр погонный:

q = (1,1* 20,4*0,89 + 1,4*126*0,892)*1,3 = 207,6 кг/м.

Нормальная нагрузка на 1 метр погонный:

qн = (20,4*0,89 + 126*0,892)*1,3 = 153,3 кг/м.

М = 0,125*q*l2 = 0,125*2,08*4402 = 50 336 кг∙см

Момент сопротивления:

формула

Момент инерции (I), который необходим из условия возможного прогиба f = 1/150 l; E = 100 000 кг/см2; qн = 153,3 кг.

формула

Принимаем брус высотой 15см. Для бруса высотой более 14 см Rи = 150 кг/см2. Поэтому:

формула

По таблице определяем размер сечения бруса для стропил.

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

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

Принимаем для стропильной ноги брус сечением 10х15 см.

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

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 расвремя 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.

Стропильная система двухскатной крыши: расчет стропил для различных покрытий

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

рмнт.ру

RMNT.RU — Статьи по строительству и ремонту

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

*

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>