Расчет стропил: длины, нагрузки, сечения и количества стропил на крышу

Строительство скатной крыши требует создания прочного каркаса – несущей конструкции кровли. На этапе проектирования требуется выполнить расчет стропил, с целью определения длины и сечения элементов, которые принимают на себя основные нагрузки (постоянные и переменные).

К постоянным нагрузкам относится вес самого кровельного пирога, который состоит из внешнего покрытия, обрешетки, гидроизоляционного слоя, теплоизолятора, пароизоляции и внутренней обшивки чердачного или мансардного помещения. К этому же типу нагрузок относится вес оборудования или других объектов, которые планируется разместить на крыше или закрепить на стропилах изнутри.

Под переменными нагрузками подразумевается воздействие ветра и осадков, а также вес человека, занимающегося ремонтом или очисткой кровли. В этот же разряд входят и особые нагрузки, в том числе сейсмические – их наличие предъявляет повышенные требования к надежности крыши.

Расчет веса кровельного пирога

Прежде чем подойти к вычислению сечения стропильной ноги односкатной, двускатной или вальмовой крыши, важно определиться с весом кровельного пирога. Для этого требуется расчет, формула которого предельно проста: суммируется вес одного квадратного метра каждого слоя кровельной системы, а полученный результат умножается на 1,1 – поправочный коэффициент, позволяющий повысить надежность конструкции на 10%.

Таким образом, стандартный расчет веса кровли выглядит следующим образом: (вес 1 м 2 обрешетки + вес 1м 2 кровельного покрытия + вес 1 м 2 гидроизоляции + вес 1 м 2 утеплителя) × 1,1 = вес кровельного пирога с учетом поправочного коэффициента. При использовании большинства популярных кровельных материалов (за исключением наиболее тяжелых) данная нагрузка на стропила не превышает 50 кг/м 2 .

Разрабатывая проект односкатной или двускатной крыши достаточно ориентироваться на вес кровельного пирога, равный 55 кг/м 2 . Такой подход позволит возвести каркас кровли с запасом по прочности и в дальнейшем менять вид кровельного покрытия без перерасчета стропильной системы.

Выбор типа системы стропил

В современном строительстве преимущественно используются два вида технологий:

Наслойная.

Висячая.

При обустройстве больших пролетов возникает риск деформации конструкции. В этом случае применяют усиливающие элементы, такие как боковые прогоны или схватки. Но нужно понимать, что они не только увеличивают жесткость системы, но и ее вес.

Расчет длины стропил калькулятор. Калькулятор расчета длины стропильных ног

Основу любой конструкции крыши составляют стропила – именно на них впадают основные нагрузки при эксплуатации. Вполне разумно предполагать, что расчет стропильных ног является ключевым моментом при проектировании всей системы.

Калькулятор расчета длины стропильных ног

А одним из ключевых параметров в этом вопросе становится длина стропильной ноги – от нее зависят в дальнейшем расчет сечения пиломатериала, установка дополнительных опорных элементов и другие особенности конструкции. Чтобы быстро и точно определиться с этим линейным параметром, можно использовать предлагаемый калькулятор расчета длины стропильных ног.

Цены на крепления для стропил

крепления для стропил

Калькулятор располагает определенной универсальностью – подходит для различных типов крыш. Необходимые пояснения будут приведены ниже.

Калькулятор расчета длины стропильных ног

Как проводится расчет?

В основу расчетов положена всем известная теорема Пифагора, позволяющая найти длину гипотенузы по известным значениям катетов.

• Одним из катетов выступает во всех случаях высота конька (конькового узла для шатровой крыши или превышение одного края крыши – для односкатной системы). Калькулятор для расчета высоты конька – по ссылке.
• Второй же катет зависит от типа стропильной системы. Это хорошо показано на расположенной ниже иллюстрации.

Расположение стропильных ног в различных типах крыш

1 – односкатная крыша.

2 – простая двускатная крыша.

3 – вальмовая крыша.

4 – шатровая крыша.

Все эти зависимости учтены в программе калькулятора – необходимо лишь выбрать направление расчета.

Кроме того, калькулятор позволяет вычислить для вальмовой и шатровой крыши длину как основных, так и самых длинных – накосных стропильных ног. При этом имеется в виду, что эти системы имеют «классический» тип – шатровая крыша возведена над квадратным зданием, а вальмовая — имеет одинаковые углы крутизны на боковых и вальмовых скатах.

Рассчитанная длина – от конька до мауэрлата. Если требуется за счет стропил создать еще и карнизный свес кровли, то потребуется удлинение ног или их наращивание кобылками. Определить размер этого удлинения поможет другой калькулятор расчета – по ссылке.

Чем привлекает и как устроена вальмовая крыша?

Этот тип крыши обладает и интересным внешним видом, и эксплуатационной надежностью. Об особенностях стропильной системы вальмовой крыши подробно рассказывается в специальной статье портала.

Снеговые и ветровые нагрузки

Для многих регионов России актуален вопрос снеговых нагрузок на стропила – от стропильной ноги требуется выдерживать, не деформируясь, тяжесть накопившегося снега. Чем меньше угол наклона кровли (обычно это относится к односкатной конструкции), тем выше снеговые нагрузки. Строительство практически плоской односкатной крыши требует использования стропил большого сечения и минимального шага их монтажа. При этом следует регулярно заниматься очисткой односкатной кровли, угол наклона которой не превышает 25°.

Формула S = Sg × µ позволяет вычислить снеговую нагрузку (S). При этом:

• Sg – справочное значение веса снегового покрова на 1 квадратном метре горизонтальной поверхности (выбирается по таблице в СНиП «Стропильные системы» в зависимости от региона строительства);
• µ — поправочный коэффициент, величина которого определяется углом наклона крыши.

Коэффициент µ равен:

• 1,0 – угол наклона ската до 25°;
• 0,7 – угол наклона ската от 25 до 60°.

Для крыш со скатами, угол наклона которых превышает 60°, снеговые нагрузки при расчетах не учитываются.

Для вычисления ветровой нагрузки (W) применяется формула W = Wo × k, где:

• Wo – справочное значение ветровой нагрузки, характерной для конкретного региона (выбирается по таблице);
• k – поправочный коэффициент, значение которого зависит от высоты сооружения и типа местности.

А – открытая местность (поле, степь, побережье);

Б – городская застройка, лес.

Шатровая крыша и монтаж ее каркаса своими руками.

Вначале для конькового бруса (для пирамидальной крыши достаточно одной стойки посередине) устанавливаются вертикали и начинается монтаж диагональных стропил (одинаковых по длине). Выполняется установка накосных, а после и рядовых (с шагом 60 см) стропил, их закрепляют с помощью врубки кмауэрлату и коньку. Врубка делается вручную или электроинструментом.Нарожники закрепляются на диагональных направляющих, чтобы связать накосные брусья (относительно конька под углом 90 градусов) и мауэрлат. Но рядовые брусья точек крепления мауэрлата не должны касаться!

Производится установка добавочного шпренгеля (брус между смежными сторонами), монтируется на нем шпренгельная ферма или стойка. Когда площадь дома очень большая, для диагоналей используются двойные балки.
Своими руками шатровая крыша монтируется с помощью таких материалов и инструментов: пила или бензопила; гвозди, молоток, дюбели; дрель, электродрель; топор; рубанок или фуганок; болгарка или электролобзик; специальные стальные скобы.

Вид кровельного покрытия и его вес

В зависимости от того, какой планируется использовать материал для кровли, изменяются и нагрузка на стропильные системы. Практически все виды покрытий имеют фиксированный вес, благодаря чему производить расчет довольно легко. Рассмотрим значение веса основных разновидностей кровельных покрытий, которые предоставляют производители при изготовлении.

Что касается массы чернового настила, стропильной системы и обрешетки, то данные значения принято считать стандартными. В частности, черновая кровельная конструкция будет иметь вес 18-20 кг/кв.м, деревянная обрешетка – 8-10 кг/кв.м и стропила – 15-20 кг/кв.м. Суммируя все значения можно легко найти искомый параметр нагрузки на стропильную систему.

Как правильно сделать расчет стропильной системы

Кровельная система и дом являются конструкциями, которые дополняют друг друга. Дом без крыши – это неполноценный дом. Что касается кровельной системы, то ее никак не соорудить без несущей конструкции. Для правильного устройства крыши всегда проводится проектирование будущего проекта и расчет системы. На фото можно увидеть пример расчета стропильной системы.

Расчет в этом случае проводить обязательно. Здесь надо, как говорится, семь раз отмерить и один раз отрезать. Ни в коем случае нельзя заниматься устройством крыши со сведениями, сделанными на глазок. Во время ее строительства застройщик должен учитывать будущие нагрузки кровли.

Нагрузки могут быть:

• Переменные, например, попадание осадков различного рода (дождь, снег, мокрый снег с дождем и т.д.);
• Постоянные, то есть, вес самого кровельного покрытия, обрешетки, гидроизоляции, различные части пирога и т.п. Кроме того, в этом случае учитывается масса определенного оборудования, которое будет также установлено на крыше.
• Особые, например, сильные ветры, ураганы и т.п. Обычно такие нагрузки могут возникать в сейсмически опасных районах. Что касается сильного порывистого ветра, то он может возникать абсолютно в любой местности.

Как рассчитать схему пирога кровли

Расчет нагрузки на стропила сделать не так уж трудно. Для этого можно составить простую схему, в которой нужно обозначить все элементы кровельной системы. Обычно в нее входят кровельный материал, обрешетка, контробрешетка, гидробарьер, утеплитель, паробарьер и, например, гипсокартон в качестве отделочного материала.

Все вышеперечисленные элементы дают определенную нагрузку кровельной системе. Стропила вообще должны выдерживать такую нагрузку в течение долгих лет.

Сделать расчет нагрузки на кровлю несложно. В этом случае подсчитывается масса одного квадратного метра из каждого слоя пирога крыши. После масса каждого слоя суммируется, результат умножается на 1,1, то есть, поправочный коэффициент.

В качестве примера произведем расчет на сегодняшний день самой недорогой, надежной и практичной крыши – покрытую ондулином.

1. Ондулин: 3 кг на 1 кв.м;
2. Гидроизоляция из полимерно-битумного материала: 5 кг;
3. Утеплитель из минеральной ваты: 10 кг;
4. Обрешетка с досками в 2,5 см: 15 кг.

Полученные данные суммируются: 3+5+10+15=33 килограмма. Теперь результат умножаем на поправочный коэффициент 1,1 и получаем 34,1 килограмм. Этот показатель и будет массой пирога крыши.

Стоит отметить, что в этом примере с таким кровельным материалом, как ондулин, редко бывают показатели больше 50 килограммов на 1 квадратный метр. То есть, нагрузка по всем расчетам может составлять 55 кг на 1 кв.м.

Как рассчитать снеговую нагрузку

Расчет стропильной конструкции крыши необходимо проводить строго, исходя их переменных нагрузок, которые могут возникать в той или иной местности. Например, в нашей стране во время зимы выпадает определенное количество осадков в виде снега, что нужно обязательно учитывать.

На фото можно увидеть карту снеговых нагрузок. Можно сделать вывод, что в нашей местности выпадает очень много снега. Таким образом, к нагрузке кровли прибавляется не только кровельные системы, но и определенная масса снега. Данную нагрузку рассчитывают по формуле: S=Sg x µ.

• S обозначает снеговую нагрузку;
• Sg обозначает массу снегового покрова. В этом случае учитывается его вес на 1 кв. метр горизонтальной поверхности. Данный показатель у каждого дома разный, на это влияет его месторасположение. Коэффициент можно узнать в строительных нормах и правилах для стропильных систем.
• µ обозначает поправочный коэффициент. Его значение зависит строго от угла наклона кровли. Коэффициент со значением 1,0 будет у крыш с наклоном в 25 градусов и меньше. Коэффициент 0,7 имеют крыши с углом наклона от 25 до 60 градусов, если крыша имеет крутые склоны, то коэффициент можно не учитывать.

В качестве примера возьмем дом в Московской области. Угол наклона крыши дома составляет 30 градусов. Смотрим на карту, делаем вывод, что местность расположена в 3-ем снеговом регионе, то есть, максимальная нагрузка снега составляет 180 килограмм снега на 1 кв. метр.

Производим расчет с поправочным коэффициентом. Получается: 180 x 0,7 = 126 кг снега на 1 кв. м. Вот и получился расчет снеговой нагрузки на кровельную систему.

Расчет ветровых нагрузок

Ветровые нагрузки рассчитываются по следующей формуле: W = Wo x k

• Wo является нормативным показателем. Он определяется по таблице, у каждого района местности, как правило, своя таблица;
• k является поправочным коэффициентом. Он позволяет определить изменение ветровой нагрузки, которая меняется в соответствии с типом местности и высоты здания.

Обратите внимание на следующую таблицу. Буква «А» в ней обозначает открытый тип местности, то есть, побережья морей, озер, степи. Буква «Б» обозначает местности с препятствиями, то есть, лесной массив, постройки города.

Мы рассчитываем дом высотой в 5 метров. Он расположен опять же в Московской области, в лесистой местности. Согласно показателям ветровой нагрузки дом находится в 1-ом типе региона, где нагрузка составляет 23 кгс/кв. м.

Делаем расчет с поправочным коэффициентом, он составляет 0,5. Таким образом, получаем 23 x 0,5 = 11,5 кгс/ кв. м. Это и будет и показателем нагрузки ветра.

Расчет сечения стропил и других кровельных элементов

Расчет стропильной системы двухскатной крыши подразумевает учет многих кровельных элементов, друг на друга не похожих. В первую очередь пред расчетом двухскатной крыши необходимо определиться с кровельным материалом и его назначением, определиться с типом чердачных перекрытий, которые обычно бывают железобетонными или деревянными.

Если мы покупаем стандартные стропила, то их длина может составлять 4,5 – 6 метров. В любом случае длину можно сделать короче, либо больше.

При выборе сечения бруса необходимо учитывать следующие моменты:

• длину стропил;
• шаг установки конструкций;
• расчеты величины нагрузок.

Обратите внимание на таблицу. В ней имеются рекомендуемые данные при расчете кровельной системы. Таблица была рассчитана для Московской области, были учтены все атмосферные нагрузки.

Другие элементы кровли могут иметь другое сечение бруса. Для каждого элемента оно индивидуально:

• мауэрлат: 100х100, 100х150, 150х150;
• прогоны: 100х100, 100х150, 100х200;
• диагональные ноги, ендовы: 100х200;
• подкосы: 100х100, 150х150;
• ригели: 100х150, 100х200;
• доски подшивочные: 25х100;
• затяжки: 50х150.

После того как расчет стропил двухскатной крыши произведен, то есть, выяснена их длина, сечение, их шаг расположения, можно выяснить, сколько именно потребуется стропил. Для этого необходимо ориентироваться на длину дома. Также производится расчет стропильной системы четырехскатной крыши.

Во время проектирования необходимо также выполнять расчет на прогиб. В этом случае определяется, во-первых, нагрузка стропил, во-вторых, возможный прогиб деревянных балок.

Если мы подразумеваем деревянную стропильную ферму для мансардной крыши, то величина прогиба должны не превышать 1/250 часть от длины участка, на которую оказывается давление.

То если, использовать стропила длиной 5 метров, то максимальный прогиб может составлять не больше 2 сантиметров. Если ее величина будет выше, то в будущем можно отчетливо наблюдать деформацию кровельной системы.

Таким образом, можно сделать вывод, что расчет стропил для крыши не является особо трудной задачей.

Каким качеством должен обладать кровельный материал

Стропильная система двухскатной крыши расчет зависит главным образом от типа и качества элементов кровли. Так, расчет стропильной ноги должен производиться в соответствии с типом материала, из которого она изготовлена. Ведь многие делают, например, расчет металлических стропил, так как по тем или иным причинам не желают покупать деревянные конструкции. В любом случае от качества материала и правильности составления расчета кровельной системы зависит срок службы дома.

Что касается древесных стропил, то по ГОСТ 2695-83 и ГОСТ 8486-86 этот материал должен отвечать следующим требованиям:

• на 1 метре стропила не должно быть более трех сучков, их длина не должна превышать 3 сантиметра;
• материал может иметь несквозные трещины, но они не должны превышать ½ длины;
• влажность стропила не должна превышать 18%, обычно этот показатель измеряется при помощи влагометра.

При покупке стропильных материалов необходимо ознакомиться с их данными СНИПа. В нем указаны данные об изготовителе, название изделия, номер стандарта, порода древесины, размер изделия, показатель уровня влажности, количество изделий в упаковке, дата производства.

Стоит отметить, что дерево – это природный материал, поэтому перед началом работ его необходимо обработать специальными антисептическими, антипиреновыми и биозащитными средствами. Они защитят древесину от гниения, насекомых, возгорания, то есть, повысят ее эксплуатационные качества, срок службы.

Затем обычно приступают к конструкционным работам стропил. В этом случае прокладывают гидроизоляционную систему в том месте, где кирпич соприкасается с древесной конструкцией. После гидроизоляцию прокладывают под кровельным материалом, перед слоем утеплителя прокладывают пароизоляционный материал. В конце занимаются оборудованием вентиляции подкровельного пространства.

Если вы будете соблюдать все правила строительства стропильной системы деревянного дома, то он прослужит вам долгие годы без проведения ежегодных реставрационных работ.

Программы для проектирования и расчета стропильных систем

Из всего выше сказанного и перечисленного можно сделать вывод, что проектирование крыши и конструкция любой стропильной системы включает в себя массу сложной работы, требующей определенного опыта, знаний. Такими работами должны заниматься только опытные мастера.

Что касается проектирования крыши, то сегодня разработаны специальные программы, которые доступны каждому. Эти компьютерные программы помогут разработать проекты любых строительных элементов. Так, при помощи таких программ можно произвести быстрый и правильный расчет стропильной системы двухскатной крыши. Если необходимо произвести расчет стропильных ног кирпичного, деревянного дома, то эта программа отлично поможет каждому проектировщику.

Одной из самых известных и понятных программ в этом плане считается программа Аркон. Она поможет с расчетами не только профессионалам, но и новичкам.

Материалы, необходимые для сооружения качественной кровли

Дерево

После проведения расчетов будущей кровли, вы будете знать все необходимые данные, которые позволяют быстро и качественно соорудить надежную конструкцию.

Какие же материалы необходимо приобрести для качественной кровли? Как в сооружении односкатной крыши, нужно приобрести брус для изготовления мауэрлата. Из древесины нужно также выбрать качественный материал для сооружения системы стропил и обрешетки. Часто используют хвойную породу дерева. Материал должен быть высушен (влажность в пределах 20-22 %), лишен сучков, синюшных пятен и повреждений насекомыми.

Товар закуплен, теперь его нужно подготовить к монтажу. Прежде всего, дерево необходимо обработать антисептическими материалами, которые предотвратят гниение, размножение насекомых, грибка. Специалисты рекомендуют время от времени проводить такую обработку в течение всего срока использования конструкции.

Дерево также необходимо обработать антипиренами. Это средство предотвращает возгорание материала.

Наносить эти средства на материал нужно на улице, надев респиратор и защитные перчатки. Используют кисти или распылитель. Наносить нужно средство в два слоя.

Крепежные элементы

Для сооружения ломаной крыши следует также приобрести качественные крепежные элементы – болты, пластинки, саморезы. Выбор этих материалов также имеет свои нюансы. Они должны быть изготовлены из нержавеющего материала. Крепежные элементы, используемые для фиксации финишного покрытия, должны иметь дополнительные прокладки, которые герметизируют отверстие.

Монтажные работы

Строительство стропильной системы начинают после приобретения всех строительных материалов. Чтобы был ясен процесс возведения шатровой крыши, его надо рассмотреть по шагам на примере кирпичного дома.

Основным элементом конструкции, подлежащим первоочередному монтажу, является мауэрлат. Под него надо уложить гидроизоляцию, например, два слоя рубероида. Это убережет древесину от влаги, идущей со стороны стены. Если разработанная схема предусматривает монтаж выносных балок, то их укладка начинается с центрального элемента. Все последующие с определенным шагом монтируют от центра к обоим краям.

Для основной стойки используют брус сечением не менее 150×150 мм. Опору располагают вертикально строго по центру каркаса, выравнивая отвесом или уровнем. Обеспечить устойчивость ей помогают временные подпорки.

Теперь пришло время монтажа центральных стропил. Сверху они крепятся к опоре металлическими накладками, а снизу закрепляются на мауэрлат. Для фиксации применяют гвозди, длиной не менее 150 мм, болты или саморезы совместно с металлическими накладками. Наклонные стропильные ноги располагают по натянутому шнуру от конькового узла до четырех углов мауэрлата. Стропильные свесы скрепляют доской. Если требуется, монтируют подкосы и ригели.

К наклонным ногам крепят нарожники. Элементы, упирающиеся на балки выноса, укрепляют дополнительными опорами. Далее, приступают к зашивке карнизов. Для этого используют фанеру или обычные доски.

Сверху готовых стропил расстилают гидроизоляционный материал. Стыки укладывают внахлест с шириной каждой стороны материала не менее 150 мм. Гидроизоляцию фиксируют степлером, после чего приступают к монтажу обрешетки. Ее шаг зависит от выбранного кровельного покрытия. Если решено, что шатровая крыша будет покрыта мягкой кровлей, под нее потребуется сплошная обрешетка из фанеры.

Выстроенная, по правильным расчетам, шатровая крыша выстоит без ремонта более десяти лет, после чего может быть понадобиться небольшая реконструкция.