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.

Расчет стропильной системы должен осуществляться с предельной точностью, руководствуясь особенностями места строительства, планируемой нагрузкой на систему стропил, размерами и конфигурацией постройки, а также используемыми материалами для перекрытия кровли. В этой статье речь пойдет о том, как вычислить длину стропил крыши.

Нагрузки, которые испытывают стропила

Для скатной крыши должен быть создан прочный каркас, являющийся ее несущей конструкцией. Еще при проектировании должен быть проведен расчет стропильной ноги для того, чтобы определиться с длиной и сечением элементов, на которые будут приходиться главные нагрузки.

Нагрузки, которые действуют постоянно, создаются самим кровельным пирогом, в который входит наружный кровельный материал, обрешетка, тепло-, паро- и гидроизоляционный материал, а также внутренняя обшивка чердака или мансарды. В эти нагрузки входит и вес всевозможных объектов, которые будут расположены на крыше или закреплены с внутренней стороны стропильной системы.

Переменные нагрузки состоят из воздействий, которые порождаются ветром, осадками, а также сейсмической активностью. Сюда же относится и вес человека, который в будущем будет проводить ремонт, плановое обслуживание или очистку крыши.

Расчет массы кровельного пирога

Перед тем как провести расчет длины стропильной ноги, потребуется вычислить массу кровельного пирога. Для этого нужно будет взять простую формулу, по которой нужно плюсовать массы одного квадратного метра всех слоев кровельных материалов, а результат умножить на 1,1 – коэффициент коррекции, который улучшит надежность конструкции на 10 %.

Получается, что обычный расчет массы кровли можно выразить так: (масса 1 м 2 обрешетки + масса 1м 2 кровельного материала + масса 1 м 2 гидроизоляционного покрытия + масса 1 м 2 слоя утеплителя) × 1,1 = масса кровельного пирога, в которую входит коэффициент коррекции. Если планируется укладывать один из распространенных кровельных покрытий, то нагрузка на стропильную систему не выйдет за пределы 50 кг/м 2 .

Создавая проект односкатной или двускатной кровли, достаточно опираться лишь на массу кровельного пирога, равную 50 кг/м 2 . По такому принципу можно соорудить каркас кровли повышенной прочности, чтобы в будущем можно было изменить тип кровельного материала без повторного расчета системы стропил.

Снеговые и ветровые нагрузки на примере

Длина стропильной ноги должна быть подобрана таким образом, чтобы кровля смогла удерживать большие нагрузки снеговых осадков. Снег будет давить на кровлю тем сильнее, чем меньший угол уклона у нее будет. Если возводится практически плоская односкатная кровля, то сечение стропильных ног должно быть как можно больше, а их шаг – как можно меньше. Кроме этого, если уклон кровли менее 25º, то потребуется систематически проводить ее очистку.

• Sg – значение снегового покрова на 1 м 2 , которое выбирается из таблиц СНиП, и определяется регионом, в котором возводится дом;

• µ - корректировочный коэффициент, который зависит от угла наклона кровли: для ската с уклоном до 25° – 1,0; а для ската с уклонами 25-60° – 0,7.

Для тех скатов, угол наклона которых находится на отметке более 60 °, снеговые нагрузки в расчет не берутся.

Ветровые нагрузки можно вычислить по формуле W = Wo × k, где:

• Wo – справочная величина вашего региона (можно найти в справочных таблицах);

• k – корректировочный коэффициент, который определяется высотой постройки и типом местности – открытого типа (поле, степь или побережье), или закрытого (лес, застройка).

Зависимость длины стропильной ноги и сечения

К примеру расчет стропильной ноги будет сделать легче, если представить, что почти вся крыша состоит из треугольников. Имея длину стен строения, уклон ската или высоту конька, и воспользовавшись теоремой Пифагора, можно определить длину стропильной ноги от стены до конька. К полученному результату нужно будет прибавить величину свеса карниза. Иногда карнизный свес создают путем монтажа кобылок – досок для увеличения длины стропил. Длина кобылок также приплюсуется к длине стропил при просчете площади кровли – это необходимо для получения точного объема материала, необходимого для установки кровельного пирога.

Для того чтобы понять, какого сечения нужна доска или брус, нужно взять специальную таблицу стандартов, в которой будут указаны зависимости таких параметров как толщина, длина и шаг стропильной ноги.

Как правило, сечение стропил колеблется от 40×150 мм до 100×250 мм. Перед тем как определить длину стропил нужно учесть, что она зависит от уклона ската и длины пролета между противоположными стенами. Чем больше уклон ската, тем длиннее должны быть стропила, а значит и их сечение тоже должно быть достаточным для придания конструкции необходимой прочности. При таком подходе нагрузка от снежных осадков снизится, а шаг между стропилами также можно будет увеличить. Нужно помнить еще и о том, что чем меньше шаг будет между стропилами, тем большую нагрузку будет испытывать стропильная нога.

Каждый мастер, которого вы попросите привести пример расчета стропил, вам скажет, что для того чтобы каркас кровли получился максимально прочным, нужно учитывать характеристики деревянных элементов и толщину металлических узлов.

Несущая часть кровли должна быть достаточно жесткой для того, чтобы она не прогибалась вследствие нагрузок. Прогибы могут появляться, если во время проектирования были подобраны неправильные сечения элементов кровли и шаг монтажа стропил. Если оказалось, что прогиб появился после установки кровли, можно установить дополнительные подкосы для того, чтобы конструкция получилась более жесткой. При длине стропильной ноги более 4,5 м, без монтажа подкосов прогиб может появиться при использовании стропильных ног любого сечения. Это нужно учитывать в любом случае, определяя, как вычислить длину стропила.

В общем, определяясь с толщиной бруса, отталкиваются от общей нагрузки на кровлю. Чем он будет толще, тем крыша получится прочнее, и не нужно будет волноваться о том, что может возникнуть прогиб. Однако это ведет к увеличению общей массы стропильной системы, следовательно, нагрузки на всю конструкцию и фундамент будут выше.

При сооружении жилых домов шаг между стропилами составляет от 60 до 100 см и определяется:

• расчетной нагрузкой;
• сечением стропил;
• типом используемого кровельного покрытия;
• уклоном скатов;
• шириной слоя теплоизоляции.

Количество устанавливаемых стропильных ног зависит, в первую очередь, от шага их монтажа. Сначала определяют нужный шаг, после чего длину стены делят на полученное значение, плюсуют к результату единицу и округляют. Результатом деления длины стены на полученное число будет искомый нами шаг между стропилами. Учитывая необходимое количество стропил на одном скате нужно брать во внимание и расстояние между осями стропильных ног.

Металлические стропильные системы

При возведении частного дома к применению стропильной системы из металла прибегает крайне редко, потому что металлический каркас нужно устанавливать с использованием сварки, а это несколько усложняет процесс. Естественно, что изготовление конструкции можно осуществит и на производственных мощностях, но в данном случае без привлечения спецтехники не обойтись. Проект металлической кровли должен быть создан с максимальной точностью с соблюдением точных размеров всех элементов, так как в процессе возведения подогнать их до нужных размеров уже не представится возможности.

У металлических систем стропил много своих плюсов. Во время эксплуатации не возникает прогиб стропил даже на больших пролетах и без монтажа дополнительных узлов для улучшения прочности и надежности. Стальные стропила могут укладываться на пролеты, превышающие 10 м, при этом под расчетными нагрузками прогиб не возникнет.

Рассчитывая стропильную систему из стальных профилей, учитывайте массу самого материала, нагрузку на все строение и фундамент. Высокая прочность стропил из такого материала, позволяющая не прогибаться конструкции, дает возможность уменьшить количество узлов в сравнении с элементами из дерева.

Кроме того, проводить расчет стального каркаса для кровли нужно, исходя из данных по прочности элементов конструкции, определяющейся их формой и толщиной. Учитывайте также длину пролетов и уклон скатов. Мауэрлат из стали для системы стропил должен быть тщательно закреплен на верхушке стены.

Вышеизложенный материал позволит вам подробно разобраться в том, как рассчитать стропильную ногу, так что вы без проблем сможете выполнить все строительные работы на данном этапе, и у вас появится свой пример расчета стропильной системы.

Основным элементом крыши, воспринимающим и противостоящим всем видам нагрузок, является стропильная система . Поэтому для того чтобы ваша крыша надёжно противостояла всем воздействиям окружающей среды, очень важно сделать правильный расчёт стропильной системы.

Для самостоятельного расчёта характеристик материалов, необходимых для монтажа стропильной системы, я привожу упрощённые формулы расчёта . Упрощения сделаны в сторону увеличения прочности конструкции. Это вызовет некоторое увеличение расхода пиломатериалов, однако на небольших крышах индивидуальных строений оно будет несущественным. Данными формулами можно пользоваться при расчёте двухскатных чердачных и мансардных, а также односкатных крыш.

На основе приведенной ниже методики расчёта, программист Андрей Мутовкин (визитка Андрея - мутовкин.рф) для собственных нужд разработал Программу расчёта стропильной системы . По моей просьбе он великодушно разрешил разместить её на сайте. Скачать программу можно .

Методика расчёта составлена на основе СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», с учётом «Изменений...» от 2008г, а также на основе формул, приведенных в других источниках. Эту методику я разработал много лет назад, и время подтвердило её правильность.

Для расчёта стропильной системы, прежде всего, необходимо вычислить все нагрузки, действующие на крышу.

I. Нагрузки, действующие на крышу.

1. Снеговые нагрузки.

2. Ветровые нагрузки.

На стропильную систему, кроме вышеперечисленных, также действуют нагрузка от элементов крыши:

3. Вес кровли.

4. Вес чернового настила и обрешётки.

5. Вес утеплителя (в случае утеплённой мансарды).

6. Вес самой стропильной системы.

Рассмотрим все эти нагрузки подробнее.

1. Снеговые нагрузки.

Для расчёта снеговой нагрузки воспользуемся формулой:

Где,
S - искомая величина снеговой нагрузки, кг/м²
µ - коэффициент, зависящий от уклона крыши.
Sg - нормативная снеговая нагрузка, кг/м².

µ - коэффициент, зависящий от уклона крыши α . Безразмерная величина.

Примерно определить угол уклона крыши α можно по результату деления высоты Н на половину пролёта - L .
Результаты сведены в таблицу:

Тогда, если α меньше или равно 30°, µ = 1 ;

если α больше или равно 60°, µ = 0 ;

если 30° вычисляем по формуле:

µ = 0,033·(60-α);

Sg - нормативная снеговая нагрузка, кг/м².
Для России принимается по карте 1 обязательного приложения 5 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»

Для Белоруссии нормативная снеговая нагрузка Sg определяется
Техническим кодексом УСТАНОВИВШЕЙСЯ ПРАКТИКИ Еврокод 1. ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ Часть 1-3. Общие воздействия. Снеговые нагрузки. ТКП EN1991-1-3-2009 (02250).

Например,

Брест (I) - 120 кг/м²,
Гродно (II) - 140 кг/м²,
Минск (III) - 160 кг/м²,
Витебск (IV) - 180 кг/м².

Найти максимально возможную снеговую нагрузку на крышу высотой 2,5 м и длинной пролёта 7м.
Строение находится в дер. Бабенки Ивановской обл. РФ.

По карте 1 обязательного приложения 5 СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" определяем Sg - нормативную снеговую нагрузку для города Иваново (IV район):
Sg=240 кг/м²

Определяем угол уклона крыши α .
Для этого высоту крыши (H) разделим на половину пролёта (L): 2,5/3,5=0,714
и по таблице найдём угол уклона α=36°.

Так как 30° , расчёт µ произведём по формуле µ = 0,033·(60-α) .
Подставляя значение α=36° , находим: µ = 0,033·(60-36)= 0,79

Тогда S=Sg·µ =240·0,79=189кг/м²;

максимально возможная снеговая нагрузка на нашу крышу составит 189кг/м².

2. Ветровые нагрузки.

Если крыша крутая (α > 30°) , то из-за её парусности ветер давит на один из скатов и стремится её опрокинуть.

Если крыша пологая (α , то подъёмная аэродинамическая сила, возникающая при огибании её ветром, а также турбулентности под свесами стремятся эту крышу приподнять.

Согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» (в Белоруссии - Еврокод 1 ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия), нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm на высоте Z над поверхностью земли следует определять по формуле:

Где,
Wo - нормативное значение ветрового давления.
K - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте.
C - аэродинамический коэффициент.

K - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте. Его значения, в зависимости от высоты здания и характера местности, сведены в Таблицу 3.

C - аэродинамический коэффициент,
который в зависимости от конфигурации здания и крыши может принимать значения от минус 1,8 (крыша поднимается) до плюс 0,8 (ветер давит на крышу). Так как расчёт у нас - упрощённый в сторону увеличения прочности, то значение C принимаем равным 0,8.

При строительстве крыши необходимо помнить, что ветровые силы, стремящиеся приподнять или сорвать крышу, могут достигать значительных величин, и, поэтому, низ каждой стропильной ноги необходимо хорошенько прикреплять к стенам или к матицам.

Делается это любыми способами, например, при помощи отожжённой (для мягкости) стальной проволокой диаметром 5 - 6мм. Этой проволокой каждая стропильная нога прикручиваются к матицам либо к ушкам плит перекрытия. Очевидно, что чем крыша тяжелее, тем лучше!

Определить среднюю ветровую нагрузку на крышу одноэтажного дома c высотой конька от земли - 6м. , углом уклона α=36° в деревне Бабенки Ивановской обл. РФ.

По карте 3 приложения 5 в « СНиП 2.01.07-85» находим, что Ивановская область относится ко второму ветровому району Wo= 30 кг/м²

Так как все строения в посёлке ниже 10м., коэффициент K= 1.0

Значение аэродинамического коэффициента C принимаем равным 0,8

нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm= 30·1,0·0,8 = 24кг/м².

Для информации: если ветер дует в торец данной крыши, то на её край действует поднимающая (срывающая) сила до 33,6кг/м²

3. Вес кровли.

Различные виды кровли имеют следующий вес:

1. Шифер 10 - 15 кг/м²;
2. Ондулин (битумный шифер) 4 - 6 кг/м²;
3. Керамическая черепица 35 - 50кг/м²;
4. Цементно-песчаная черепица 40 - 50 кг/м²;
5. Битумная черепица 8 - 12 кг/м²;
6. Металлочерепица 4 - 5 кг/м²;
7. Профнастил 4 - 5 кг/м²;

4. Вес чернового настила, обрешётки и стропильной системы.

Вес чернового настила 18 - 20 кг/м²;
Вес обрешётки 8 - 10 кг/м²;
Вес собственно стропильной системы 15 - 20 кг/м²;

При расчёте окончательной нагрузки на стропильную систему, все вышеперечисленные нагрузки суммируются.

А теперь открою вам маленький секрет. Продавцы некоторых видов кровельных материалов в качестве одного из положительных свойств отмечают их лёгкость, что по их заверениям, приведёт к значительной экономии пиломатериалов при изготовлении стропильной системы.

В качестве опровержения данного утверждения приведу следующий пример.

Расчёт нагрузки на стропильную систему при использовании различных кровельных материалов.

Посчитаем нагрузку на стропильную систему при использовании самого тяжёлого (Цементно-песчаная черепица
50 кг/м² ) и самого лёгкого (Металлочерепица 5 кг/м² ) кровельного материала для нашего домика в деревне Бабенки Ивановской обл. РФ.

Цементно-песчаная черепица:

Ветровые нагрузки - 24кг/м²
Вес кровли - 50 кг/м²
Вес обрешётки - 20 кг/м²

Итого - 303 кг/м²

Металлочерепица:
Снеговые нагрузки - 189кг/м²
Ветровые нагрузки - 24кг/м²
Вес кровли - 5 кг/м²
Вес обрешётки - 20 кг/м²
Вес самой стропильной системы - 20 кг/м²
Итого - 258 кг/м²

Очевидно, что имеющаяся разница в расчётных нагрузках (всего около 15%) не сможет привести к какой-либо ощутимой экономии пиломатериалов.

Итак, с расчётом суммарной нагрузки Q , действующей на квадратный метр крыши мы разобрались!

Особо обращаю ваше внимание: при расчётах внимательно следите за размерностью!!!

II. Расчёт стропильной системы.

Стропильная система состоит из отдельных стропил (стропильных ног), поэтому расчёт сводится к определению нагрузки на каждую стропильную ногу в отдельности и расчёту сечения отдельной стропильной ноги.

1. Находим распределённую нагрузку на погонный метр каждой стропильной ноги.

Где
Qr - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги - кг/м ,
A - расстояние между стропилами (шаг стропил) - м ,
Q - суммарная нагрузка, действующая на квадратный метр крыши - кг/м² .

2. Определяем в стропильной ноге рабочий участок максимальной длины Lmax.

3. Рассчитываем минимальное сечение материала стропильной ноги.

При выборе материала для стропил руководствуемся таблицей стандартных размеров пиломатериалов (ГОСТ 24454-80 Пиломатериалы хвойных пород. Размеры), которые сведены в Таблицу 4.

А. Рассчитываем сечение стропильной ноги.

Задаём произвольно ширину сечения в соответствии со стандартными размерами, а высоту сечения определяем по формуле:

H ≥ 8,6·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон крыши α

H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон крыши α > 30°.

H - высота сечения см ,


B - ширина сечения см ,
Rизг - сопротивление древесины на изгиб, кг/см².
Для сосны и ели Rизг равен:
1 сорт - 140 кг/см²;
2 сорт - 130 кг/см²;
3 сорт - 85 кг/см²;
sqrt - квадратный корень

Б. Проверяем, укладывается ли величина прогиба в норматив.

Нормируемый прогиб материала под нагрузкой для всех элементов крыши не должен превышать величины L/200 . Где, L - длина рабочего участка.

Это условие выполняется при верности следующего неравенства:

3,125·Qr·(Lmax)³/(B·H³) ≤ 1

Где,
Qr - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги - кг/м ,
Lmax - рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны м ,
B - ширина сечения см ,
H - высота сечения см ,

Если неравенство не соблюдается, то увеличиваем B или H .

Условие:
Угол уклона крыши α = 36° ;
Шаг стропил A= 0,8 м ;
Рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны Lmax = 2,8 м ;
Материал - сосна 1 сорт (Rизг = 140 кг/см² );
Кровля - цементно-песчаная черепица (Вес кровли - 50 кг/м² ).

Как было подсчитано , суммарная нагрузка, действующая на квадратный метр крыши равна Q = 303 кг/м².
1. Находим распределённую нагрузку на погонный метр каждой стропильной ноги Qr=A·Q;
Qr=0,8·303=242 кг/м;

2. Выберем толщину доски для стропил - 5см.
Рассчитаем сечение стропильной ноги при ширине сечения 5см.

Тогда, H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/B·Rизг) , так как уклон крыши α > 30° :
H ≥ 9,5·2,8·sqrt(242/5·140)
H ≥15,6 см;

Из таблицы стандартных размеров пиломатериалов выбираем доску с ближайшим сечением:
ширина - 5 см, высота - 17,5 см.

3. Проверяем, укладывается ли величина прогиба в норматив. Для этого должно соблюдаться неравенство:
3,125·Qr·(Lmax)³/B·H³ ≤ 1
Подставляя значения, имеем: 3,125·242·(2,8)³ / 5·(17,5)³= 0,61
Значение 0,61 , значит сечение материала стропил выбрано правильно.

Сечение стропил, установленных с шагом 0,8м, для крыши нашего домика составит: ширина - 5 см, высота - 17,5 см.

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.

Для составления технического проекта дома необходим расчет стропил. Существует несколько вариантов стропильных конструкций.

Стропильные ноги, которые опираются на две опоры, при этом не имеют тех или иных дополнительных упоров, называются стропилами без подкосов. Применяются они для односкатных крыш , пролёт которых около 4,5 метров или для двухскатных, пролёт которых около 9 метров. Стропильная система используется либо с передачей нагрузки распора на мауэрлат, либо без передачи.

Наслонные стропила без распоров

Стропило, работающее на изгиб, не передающее нагрузку на стены, имеет одну опору прочно закреплённую и свободно вращающуюся. Другая опора подвижна и свободно вращается. Данным условиям могут отвечать три варианта крепления стропил. Рассмотрим подробно каждый.

Подшивка верха стропильной ноги или верхняя опорная врубка устанавливаются в горизонтальном положении. Достаточно лишь изменить метод опирания на прогон, и стропильная нога тут же покажет распор. Данный расчёт стропильной ноги, по причине жёсткости условий создания верхнего узла, обычно не применяется для двухскатных вариантов крыш. Чаще всего её используют в строительстве односкатных крыш, так как малейшая неточность в изготовлении узла превратит схему безраспорную в распорную. Кроме того, в двухскатных типах крыш, в случае, если будет отсутствовать распор на мауэрлате, из - за прогиба стропил под действием нагрузки, может возникнуть разрушение узла конька кровли.

На первый взгляд данная система может показаться нереальной в исполнении. Так как на нижней части стропила создан упор в мауэрлат, по сути, система должна оказывать на него давление, то есть горизонтальное усилие. Однако распорной нагрузки она не показывает.

Таким образом, во всех трёх вариантах соблюдается следующее правило: один край стропила устанавливается на скользящей опоре, которая позволяет совершать поворот. Другой на шарнире, который допускает лишь поворот. Крепление стропильных ног на ползунах устанавливаются с помощью самых разных конструкций. Чаще всего их выполняют с помощью крепёжных пластин. Так же не исключено и крепление с помощью гвоздей, саморезов, с использованием накладных брусков и досок. Необходимо лишь верно выбрать вид крепежа, который будет препятствовать скольжению стропильной ноги в опоре.

Как рассчитать стропила

В процессе расчёта стропильной конструкции, как правило, принимают «идеализированную» схему расчёта. Исходя из того, что на крышу будет давить определённая равномерная нагрузка, то есть равная и одинаковая сила, которая действует равномерно по плоскостям скатов. В реальности равномерной нагрузки на всех скатах крыши не бывает. Так, ветер наметает снег на одни скаты и сдувает с других, солнце растапливает с одних скатов и не достаёт до остальных, та же ситуация и с оползнями. Всё это делает нагрузку на скаты совершенно неравномерной, хотя внешне это может быть и не заметно. Однако, даже при неравномерно распределённой нагрузке, все три выше перечисленных варианта стропильных креплений будут оставаться статически устойчивыми, но лишь при одном условии – жёстком соединении конькового прогона. При этом прогон либо подпирают накосными стропильными ногами, либо вводят во фронтоны стеновых панелей вальмовых крыш. То есть стропильная конструкция будет оставаться устойчивой лишь в том случае, если прогон конька будет прочно закреплён от возможного горизонтального смещения.

В случае изготовления щипцовой крыши и опоры прогона лишь на стойки, без опоры на стены фронтов, ситуация ухудшается. В вариантах под номером 2 и 3 , при уменьшении нагрузки на каком – либо скате, напротив расчёта на противоположном скате, крыша, возможно, будет сдвигаться в ту сторону, где нагрузка больше. Самый первый вариант, когда самый низ стропильной ноги производится с врубкой зубьями или с подшивкой бруска опоры, при этом, верх врубкой горизонтальной уложен на прогон, будет хорошо держать неравномерную нагрузку, однако лишь при условии совершенной вертикальности стоек, которые удерживают коньковый прогон.

Для того, что придать стропилам устойчивости, в систему включают горизонтальную схватку. Она незначительно, но всё же повышает устойчивость. Именно поэтому в тех местах, где со стойками пересекается схватка, её закрепляют гвоздевым боем. Утверждение, что схватка всегда работает лишь на растяжение, в корне не верно. Схватка является многофункциональным элементом. Так, в безраспорной стропильной конструкции она не работает при отсутствии снега на крыше, либо работает лишь на сжатие, когда на скатах появляется незначительная равномерная нагрузка. На растяжение конструкция работает лишь при просадке или при прогибе прогона конька под действием максимальной нагрузки. Таким образом, схватка является аварийным элементом стропильной конструкции, которая вступает в работу, когда крыша завалена большим количеством снега, коньковый прогон окажется прогнутым на максимальную рассчитанную величину, или же произойдут неравномерные непредвиденные просадки фундамента. Следствием может быть неравномерная просадка конькового прогона и стен. Таким образом, чем ниже будут установлены схватки, тем лучше. Как правило, их устанавливают на такой высоте, что бы они не создавали препятствий при ходьбе по чердаку, то есть на высоте около 2 метров.

Если в вариантах 2 и 3 нижний узел опирания стропил заменить на ползун с выносом края стропильной ноги за стену, то это позволит укрепить конструкцию и сделает её устойчивой статически при совершенно разнообразных сочетаниях конструкции.

Так же одним хорошим способом для повышения устойчивости конструкции является достаточно жёсткое закрепление низа стоек, которые будут поддерживать прогон. Их устанавливают способом врубки в лежень и закрепляют с перекрытиями любыми доступными способами. Таким образом, нижний узел опоры стойки превращается из шарнирного в узел с жёстким защемлением.

От способа крепления стропильных ног, не зависит то, как рассчитать длину стропил.

Сечение схваток, по причине развития в них довольно малых напряжений, не берут в расчёт стропил, а принимают довольно конструктивно. Для того, что бы снизить размер элементов, которые используются в процессе строительства стропильной конструкции, сечение схватки принимают того же размера, что и стропильной ноги, при этом могут применяться более тонкие диски. Схватки устанавливают либо с одной, либо с двух сторон стропила и крепят их болтами или гвоздями. Производя расчёт сечения стропильной конструкции, схватки вообще не учитываются, как будто их вообще нет. Единственным исключением становится прикручивание схваток к стропильным ногам болтами. В таком случае несущая способность древесины, по причине ослабления отверстия для болтов, уменьшается за счёт использования коэффициента 0,8. Проще говоря, если в стропильных ногах будут сверлиться дыры для установки болтовых схваток, то расчётное сопротивление необходимо брать в размере 0,8. При закреплении схваток на стропилах лишь гвоздевым боем, ослабление сопротивления дерева стропила не происходит.

Но необходимо произвести расчёт количества гвоздей. Расчёт производится на срез, то есть изгиб гвоздей. За расчётную силу принимают распор, который возникает при аварийном положении стропильной конструкции. Проще говоря, в расчёт соединения гвоздями схватки и стропильной ноги вводят распор, который отсутствует при стандартной работе стропильной системы .

Статическая неустойчивость стропильной безраспорной системы проявляется лишь на тех крышах, где нет возможности установить коньковый прогон, защищающий от горизонтального смещения.

В зданиях с вальмовыми типами крыш и с фронтонами из камня или кирпича, безраспорные системы стропил достаточно устойчивы и в проведении мероприятий для обеспечения большей устойчивости нет никакой необходимости. Однако для противо аврийности конструкций всё же следует установить схватки. При установке болтов или шпилек в качестве креплений, следует обратить внимание на диаметр отверстий под них. Он должен быть одинаковым с диаметром болтов или чуть меньше. В случае аварийной ситуации схватка не станет работать до того, пока не будет выбран зазор между стенкой отверстия и шпилькой.

Обратите внимание, что в данном процессе низы стропильных ног разъедутся на расстояние от нескольких миллиметров, до нескольких сантиметров. Это может привести к сдвигу и прокрутке мауэрлата и к разрушению карниза стен. В случае распорных стропильных систем, когда мауэрлат прочно закреплён, данный процесс может стать причиной раздвижения стен.

Распорные наслонные стропила

Стропило, совершающее работу на изгиб и передающее нагрузку распора на стеновые панели , должно иметь не менее двух закреплённых опор.

Для расчёта данного вида стропильных систем, заменяем в предыдущих схемах нижние опоры с различными степенями свободы на опоры с единственной степенью свободы – шарнирной. Для этого, там, где их нет, прибиваются к краям стропильных ног бруски для опоры. Как правило, используется брусок, длина которого составляет не менее метра, а сечение около 5 на 5 см, учитывая гвоздевое соединение. В другом варианте можно устраивать опору в виде зуба. В первом варианте схемы расчёта, когда стропила упираются горизонтально в прогон, сшиваются верхние концы стропил либо гвоздями, либо болтом. Таким образом, получается шарнирная опора.

В результате расчётные схемы практически не меняются. Внутренние напряжения изгиба и сжатия остаются без изменений. Однако в прежних опорах появляется распорная сила. В верхних узлах каждой стропильной ноги исчезает противоположно направленный распор, происходящий из конца другой стропильной ноги. Таким образом, он не доставляет особых хлопот.

Края стропил, которые упираются друг в друга либо через прогон, возможно, проверить на смятие материала.

В стропильных распорных системах предназначение схватки иное – в аварийных ситуациях она работает на сжатие. В процессе работы она уменьшает распор на стены края стропил, однако полностью его не исключает. Полностью она сможет его снять, если закрепится в самом низу, между краями стропильных ног.

Обращаем ваше внимание, что использование распорных наслонных стропильных конструкций требует внимательного учёта воздействия силы распора на стены. Снизить данный распор возможно путём установки жёстких и прочных коньковых прогонов. Необходимо постараться увеличить жёсткость прогона с помощью установки стоек, консольных балок или подкосов, либо возвести строительный подъём. Особенно актуально это для домов из бруса, рубленых брёвен, легкого бетона. Бетонные, кирпичные и панельные дома гораздо легче переносят силу распора на стенах.

Таким образом, стропильная конструкция, возведённая по распорному варианту, является статически устойчивой при различных сочетаниях нагрузок, она не требует жёсткого крепления мауэрлата к стене. Для того, что бы удержать распор, стены здания должны быть массивными, снабжёнными монолитным железобетонным поясом по периметру дома. В случае аварийной ситуации, внутри распорной системы, которая работает на сжатие, схватка положение не спасёт, а лишь частично уменьшит распор, который передаётся на стены. Именно для того, что - бы не произошло аварийной ситуации, необходимо учесть все нагрузки, которые могут действовать на крышу.

Таким образом, какой бы формы не была выбрана крыша дома, вся стропильная система должна рассчитываться таким образом, что бы удовлетворять положениям надёжности и прочности. Сделать полный анализ стропильной конструкции – дело не лёгкое. В расчёт деревянных стропил необходимо включить большое количество различных параметров, включая распор, изгиб, возможные весовые нагрузки. Для более надёжного обустройства стропильной системы возможно установить более подходящие методы креплений. При этом не следует принимать размеры стропил, не произведя полный анализ их технических и функциональных способностей.

Расчёт сечения стропил

Сечение стропильных балок выбирается с учётом их длин и принимаемой нагрузки.

Так, брус длиной до 3 метров, выбирается с диаметром сечения 10 см.

Брус, длиной до 5 метров, - с диаметром сечения 20 см.

Брус, длиной до 7 метров – с диаметром сечения до 24 см.

Как рассчитать стропила - пример

Дан двухэтажный дом размером 8 на 10 метров, высота каждого этажа по 3 метра. Кровлей выбраны волнистые асбестоцементные листы. Кровля двухскатная, опорные стойки которой располагаются по центральной несущей стене. Шаг стропил 100 см. требуется подобрать длину стропил.

Как рассчитать длину стропил? Следующим образом: длину стропильных ног можно подобрать так, что бы на них уложить три ряда шиферных листов . Тогда необходимая длина: 1,65 х3 = 4,95 м. уклон кровли в таком случае будет равен 27,3°, высота образованного треугольника, то есть чердачного пространства, 2,26 метра.

1. Расчет несущих элементов покрытия

Стропильные ноги рассчитывают как свободно лежащие балки на двух опорах с наклонной осью. Нагрузка на стропильную ногу собирается с грузовой площади, ширина которой равна расстоянию между стропильными ногами. Расчетная временная нагрузка q должна быть расположена на две составляющие: нормальную к оси стропильной ноги и параллельно к этой оси.

2.1.1. Расчет обрешетки

Принимаем обрешетку из досок сечением 50´50 мм (r = 5,0 кН/м), уложенных с шагом 250 мм. Древесина - сосна. Шаг стропил 0,9 м. Уклон кровли 35 0 .

Расчет обрешетки под кровлю ведется по двум вариантам загружения:

а) Собственный вес кровли и снег (расчет на прочность и прогиб).

б) Собственный вес кровли и сосредоточенный груз.

Исходные данные:

1.Принимаем бруски 2-го сорта с расчетным сопротивлением R u =13 МПа и модулем упругости Е=1 ´ 10 4 МПа .

2.Условия эксплуатации Б2 (в нормальной зоне), m в =1 ; m н =1,2 для монтажной нагрузки при изгибе.

3.Коэффициент надежности по назначению g n =0,95 .

4.Плотность древесины r =500 кг/м 3 .

5.Коэффициент надежности по нагрузке от веса оцинкованной стали g f =1,05 ; от веса брусков g f =1,1 .

6.Нормативный вес снегового покрова на 1м 2 горизонтальной проекции поверхности земли S 0 =2400 Н/м 2 .

Расчетная схема обрешетки

Таблица 2.1

Сбор нагрузки на 1м.п. обрешетки, кН/м

где S 0 - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной

поверхности земли, принимаемое по табл. 4 , для IV снегового рай-

она S 0 = 2,4 кПа ;

m - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к

снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый по п. 5.3 – 5.6 .

При загружении балки равномерно распределенной нагрузкой от собственного веса и снега наибольший изгибающий момент равен:

Кн м

При углах наклона кровли a³10° учитывают, что собственный вес кровли и обрешетки равномерно распределен по поверхности (скату) крыши, а снег - по ее горизонтальной проекции:

M x = M cos a = 0.076 cos 29 0 = 0.066 кН´м

M y = M sin a = 0.076 sin 29 0 = 0.036 кН´м

Момент сопротивления:

см

см

Прочность брусков обрешетки проверяют с учетом косого изгиба по формуле:

,

где M x и M y - составляющие расчетного изгибающего момента относительно главных осей X и Y.

R y =13 МПа

g n =0,95

,

Момент инерции бруска определяем по формуле:

cм 4

cм 4

Прогиб в плоскости, перпендикулярной скату:

м

Прогиб в плоскости, параллельной скату:

м,

где Е=10 10 Па - модуль упругости древесины вдоль волокон.

Полный прогиб:

= м

Проверка прогиба: ,

где = - предельно допустимый относительный прогиб, определяемый по табл. 16 .

При загружении балки собственным весом и сосредоточенным грузом наибольший момент в пролете равен:

Проверка прочности нормальных сечений:

где R y =13 МПа - расчетное сопротивление древесины изгибу.

g n =0,95 - коэффициент надежности по назначению.

Условия по первому и второму сочетаниям выполняются, следовательно принимаем обрешетку сечением b´h=0,05´0,05 с шагом 250 мм.

2.1.2. Расчет стропильных ног

Рассчитаем наслонные стропила из брусьев с однорядным расположением промежуточных опор под кровлю из оцинк. кр. железо. Основанием кровли служит обрешетка из брусков сечением 50 50 мм с шагом =0,25 м . Шаг стропильных ног =1,0 м . Материал для всех деревянных элементов – сосна 2-го сорта. Условия эксплуатации – Б2.

Район строительства – г. Вологда.

Расчетная схема стропильной ноги

Бруски обрешетки размещены по стропильным ногам, которые нижними

концами опираются на мауэрлаты (100 100), уложенные по внутреннему обрезу наружных стен. В коньковом узле стропила скрепляются двумя дощатыми накладками. Для погашения распора стропильные ноги стянуты ригелем – двумя парными досками. Угол наклона кровли 29 0 .

Производим сбор нагрузок на 1 м 2 наклонной поверхности покрытия, данные заносим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2
Сбор нагрузки на 1м.п. стропильной ноги, кН/м

где S 0 - нормативное значение веса снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое по табл. СНиП 4 , для IV снегового района S 0 = 2,4 кПа ;

m - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый по п. 5.3 – 5.6 .

Производим статический расчет стропильной ноги как двухпролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой. Опасным сечением стропильной ноги является сечение на средней опоре.

Изгибающий момент в этом сечении:

Вертикальное давление в точке С, равное правой опорной реакции двухпролетной балки составляет:

=0,265 кН

При симметричной нагрузке обоих скатов вертикальное давление в точке С удваивается: кН.

Раскладывая это давление по направлению стропильных ног, находим сжимающее усилие в верхней части стропильной ноги:

кН

Сбор нагрузок

Предварительно, для определения нагрузок, задаемся сечением стропильной ноги 75х225 мм. Постоянная нагрузка на стропильную ногу подсчитана в табл. 3.2.

Таблица 3.2 Расчетная постоянная нагрузка на стропильную ногу, кПа

Расчетная предельная нагрузка на стропильную ногу (сочетание постоянная плюс снеговая)

Геометрическая схема стропил

Схемы к расчету стропильной ноги показаны на рис. 3.2. При ширине коридора в осях =3,4 м расстояние между продольными ося­ми наружной и внутренней стен.

Расстояние между осями мауэрлата и лежня с учетом привязки к оси (

=0,2 м)м. Устанавливаем подкос под углом β = 45° (уклонi 2 = 1). Уклон стропил равен уклону кров­ли i 1 =i = 1/3 = 0,333.

Чтобы определить необходимые для расчета размеры можно вычертить геометрическую схему стропил в масштабе и измерять расстояния линейкой. Если мауэрлат и лежень находятся на одном уровне, то пролеты стропильной ноги можно определить по формулам

Высоты узлов h 1 =i 1 l 1 =0,333*4,35=1,45 м; h 2: = i 1 l =0,333*5,8=1,933 м. Отметку высоты: ригеля принимаем на 0,35 м ниже точки пересечения осей стропильной ноги и стойки h = h 2 - 0,35 (м) = 1,933 -0,35 = 1,583 м.

Усилия в стропильной ноге н ригеле

Стропильная нога работает как трехпролетная неразрезная балка. Просадки опор могут изменять опорные моменты в неразрезных балках. Если считать, что от просадки опоры изгибающий момент на ней стал равным нулю, то мож­но условно врезать шарнир в место нулевого момента (над опорой). Для расчета стропильной ноги с некоторым запасом прочности считаем, что просадка под­коса снизила до нуля опорный изгибающий момент над ним. Тогда расчетная схема стропильной ноги будет соответствовать рис. 3.2, в.

Изгибающий момент в стропильной ноге

Для определения распора в ригеле (затяжке) считаем, что опоры просели та­ким образом, что опорный момент над подкосом равен М 1 а над стойками -нулю. Условно врезаем шарниры в места нулевых моментов и рассматриваем среднюю часть стропил как трехшарнирную арку пролетом l cp = 3,4 м. Распор в такой арке равен

Вертикальная составляющая реакции подкоса

Используя схему рис. 3.2.г, определим усилие в подкосе

Рис. 3.2. Схемы для расчета стропил

а-поперечный разрез чердачного покрытия; б -схема для определения рас­четной длины стропильной ноги; в - расчетная схема стропильной ноги; г - схема для определения распора в ригеле; л - тоже для схемы с одной про­дольной стеной; 1 - мауэрлат; 2 - лежень; 3 - прогон; 4 - стропильная нога; 5 -стойка; 6 - подкос; 7 - ригель (затяжка); 8 - распорка; 9, 10 -упорные бруски; 11 - кобылка; 12 - накладка.

Расчет стропильной ноги по прочности нормальных сечений

Требуемый момент сопротивления прогона

По прил. М принимаем ширину стропильной ноги b = 5 см и находим тре­буемую высоту сечения

По прил. М принимаем доску сечением 5х20 см.

В проверке прогибов стропильной ноги нет необходимости так как она на­ходится в помещении с ограниченным доступом людей.

Расчет стыка досок стропильной ноги.

Поскольку длина стропильной ноги больше чем 6,5 м необходимо выполнить ее из двух досок со стыком в нахлестку. Размещаем центр стыка в месте опирания на подкос. Тогда изгибающий момент в стыке при просадке подко­са М 1 = 378,4 кН*см.

Стык рассчитываем аналогично стыку прогонов. Принимаем длину нахле­стки l нахл =1,5 м= 150см, гвозди диаметром d = 4 мм = 0,4 см и длиной l гв = 100 мм.

Расстояние между осями гвоздевых соединений

150 -3*15*0,4 =132 см.

Усилие воспринимаемое гвоздевым соединением

Q=M оп /Z=378,4/ 132 =3,29 кН.

Расчетная длина защемления гвоздя с учетом нормируемого предельного зазора между досками δ Ш =2 мм при толщине доски δ Д = 5,0 см и длине острия гвоздя l,5d

а р = l гв -δ д -δ ш -l,5d = 100-50-2-1,5*4 = 47,4 мм = 4 ; 74 см.

В расчете нагельного (гвоздевого) соединения:

– толщина более тонкого элемента a = a p =4,74 см;

– толщина более толстого элемента с = δ д =5,0 см.

Находим отношение а/с = 4,74/5,0 = 0,948

По прил. Т, находим коэффициент k н =0,36 кН/см 2 .

Находим несущую способность одного шва одного гвоздя из условий:

– смятия в более толстом элементе

= 0,35*5*0,4*1*1/0,95 = 0,737 кН

– смятия в более тонком элементе

= 0,36*4,74*0,4*1*1/0,95 = 0,718 кН

– изгиба гвоздя

= (2,5* 0,4 2 + 0,01* 4,74 2)

/0,95=0,674 кН

– но не более кН

Из четырех значений выбираем наименьшее Т = 0,658 кН.

Находим необходимое число гвоздей п гв ≥ Q / T =2,867/0,674=4,254.

Принимаем п гв = 5.

Проверяем возможность установки пяти гвоздей в один ряд. Расстояние между гвоздями поперек волокон древесины S 2 =4d = 4*0,4 =1,6 см. Расстояние от крайнего гвоздя до продольной кромки доски S 3 =4d= 4*0,4 =1,6 см.

По высоте стропильной ноги h = 20 см должно поместится

4S 2 +2Sз=4*1,6+2*1,6 = 9,6 см

Расчет узла соединения ригеля со стропильной ногой

По сортаменту (прил. М) принимаем ригель из двух досок сечением bxh = 5x15 см каждая. Усилие в стыке сравнительно большое (Н = 12, кН) и может потребовать установки большого количества гвоздей в условиях строй­площадки. Для снижения трудоемкости монтажа покрытия проектируем болто­вое соединение ригеля со стропильной ногой. Принимаем болты диаметром d= 12 мм = 1,2 см.

В стропильной ноге нагели (болты) сминают древесину под углом к волок­нам α = 18,7 0 . По прил. Щ находим соответствующий углу α =18,7 0 коэффициент k α =0,95.

В расчете нагельного соединения толщина среднего элемента равна ширине стропильной ноги с=5 см, толщина крайнего элемента - ширине доски ригеля а = 5 см.

Определяем несущую способность одного шва одного нагеля из условий:

– смятия в среднем элементе

= 0,5*5* 1.2*0,95* 1 *1/0,95 = 3,00 кН

– смятия в крайнем элементе

= 0,8*5*1,2*1*1/0,95 = 5,05 кН;

– изгиба нагеля = (l,8* 1,2 2 + 0,02* 5 2)

/0,95=3,17 кН

- но не более кН

Из четырех значений выбираем наименьшее Т=3,00 кН.

Определяем требуемое число нагелей (болтов) при числе швов n ш =2

Принимаем число болтов n H =3.

В проверке сечения ригеля на прочность нет необходимости так как он име­ет большой запас прочности.

4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ЖЕСТКОСТИ И ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ НЕИЗМЕНЯЕМОСТИ ЗДАНИЯ