Рассчет нагрузки на стропильную систему.

Любое строительство сопровождается выполнением целого ряда различных расчетов, связанных с самыми разными параметрами, например – вычисление прочности конструкции или требуемого количества строительных материалов.
Расчёт стропильной системы
Стропильная система – это набор бревен или брусьев, составляющих в совокупности каркас кровли. Существуют различные типы крыш, соответственно и стропильные системы могут отличаться друг от друга.
Крыши могут быть одно-, двух-, трех- или четырехскатными.
Количество скатов влияет на результаты, полученные при расчете прочности и нахождении наиболее подходящей толщины бревна или бруса, от чего зависит также и количество используемого материала.
Следовательно, расчет леса на крышу в первую очередь начинается с выбора типа материала.
В случае, если система стропил изготовлена из брусьев, расчет может производиться двумя способами:
• Сечение бруса известно, рассчитываем параметры укладки;
• Известны параметры монтажа брусьев, необходимо рассчитать сечение.
Второстепенной временной нагрузкой считается снежный покров, давление которого на систему стропил может в определенные моменты превышать нагрузку, создаваемую перекрытиями.
Кроме того, рассчитывая нагрузку, можно учесть и вес людей, выполняющих на крыше различные работы по ремонту или обслуживанию. Ветровая нагрузка также учитывается при выполнении расчета.
Выполняя расчет крыши, рекомендуется оставить небольшой запас надежности, позволяющий обеспечить сохранность кровли в чрезвычайных ситуациях, например – при урагане.
После расчета общей нагрузки следует рассчитать, сколько стропил требуется распределить под нужным углом, чтобы обеспечить необходимую прочность кровельной конструкции.
Данный расчет выполняется следующим образом:
Нагрузка ветра и снега
Ветровая нагрузка может серьезно навредить неправильно сконструированной крыше. То же самое касается большого количества снега, скопившегося на поверхности. Избежать неприятностей поможет верно подобранный угол наклона скатов.
Чтобы определить степень снеговой нагрузки в горизонтальной проекции, воспользуйтесь следующей формулой: S=Sg* µ.
Sg – вес снега на 1 м² площади, а µ — коэффициент зависимости от угла наклона. Так, для крыш с уклоном менее 25° он будет составлять 1,0, для крыш с уклоном от 25° до 60°коэффициент будет равен 0,7, а для очень крутых скатов больше 60° вообще можно не учитывать снеговую нагрузку – снег на такой поверхности просто не сможет удержаться.
Для нахождения ветровой нагрузки используйте другую формулу: W=Wₒ*k.
Wₒ здесь является нормативным значением, которое можно подобрать в зависимости от ветрового района (указано в СНиП), а k – это коэффициент, определяющий зависимость силы ветра от высоты дома и его месторасположения.
Если угол наклона кровли составляет больше 30°, в расчет стропильной системы следует внести поправку на ветер. Также для расчета нужно знать постоянное направление ветра в местности, где строится дом.
Ветер в зависимости от угла наклона крыши будет стремится либо приподнять ее, либо опрокинуть, так что в обоих случаях крепить стропила к опорному брусу следует очень прочно. Способы монтажа также будут отличаться в зависимости от воздействия ветра. Но что можно с уверенностью сказать, так чем крыша тяжелее, тем лучше – с тяжелой конструкцией ветер будет не в состоянии справиться.
Приведем пример расчета снеговой и ветровой нагрузки на крышу дома, строящегося в средней полосе России, скажем, в Подмосковье. Следовательно, чтобы посмотреть расчетные значения, понадобится СНиП 2.01.07-85 о «Нагрузках и воздействиях». Угол наклона скатов составляет 22°. Поскольку дом находится в третьем снеговом регионе, расчетная нагрузка для него будет составлять 180 кг/м², а коэффициент зависимости – 1,0. Умножаем друг на друга эти два значения и получаем снеговую нагрузку в 180 кг/м². Если коэффициент скатной кровли будет меньше, скажем, 0,7, то и нагрузка уменьшится до 126 кг/м².
Важный момент: В случае образования снежного сугроба на крыше нагрузка увеличивается до 400-500 кг/м².
Что касается ветровой нагрузки для нашего дома в Подмосковье, то для этого региона она составляет 32 кг/м².Допустим, площадь дома 10 м², тогда вычислить степень воздействия ветра очень просто: 32*0,65=20,8 кг/м².
Нагрузка крыши
Рассчитывать стропильную систему крыши нужно с учетом всех материалов, которые вы будете укладывать на нее: гидроизоляцию, утеплитель, элементы вентиляционной системы, кровельный материал, оборудование и т.д. Выбор кровельного материала зависит от угла наклона скатов и напрямую влияет на требования к прочности составляющих стропильной системы.
Вес распространенных кровельных материалов на 1 м²:
керамочерепица – 35-50 кг;
цементная черепица – 40-50 кг;
шифер – 10-15 кг;
битумная черепица – 8-12 кг;
битумный шифер – 4-6 кг;
профнастил и металлочерепица – 4-5 кг.
Черновой настил для слоев кровельного пирога весит от 18 до 20 кг/ м², обрешетка – от 8 до 10 кг/ м², а вся стропильная система дает нагрузку от 15 до 20 кг/ м². Суммируйте все эти данные и вы поймете, что на стены дома и фундамент крыша оказывает нешуточное давление. К слову, если дом построен на облегченном фундаменте или имеет некрепкие стены, то о крыше, покрытой, например, керамической или цементной черепицей не может быть и речи.
Полезный совет: Многие продавцы кровельных материалов делают акцент на легкости изделий, дескать, это позволит сэкономить на стропильной системе, построив ее из более тонких и дешевых элементов. Но мы с вами уже знаем, что чем крыша тяжелее, тем сложнее ветру ее опрокинуть или оторвать, поэтому не стоит слепо верить подобным доводам.
Сечение стропил
Как вы уже поняли, выбирать сечение (толщину) стропил следует в зависимости от нагрузки на крышу, точнее, суммы всех перечисленных выше нагрузок. При строительстве двускатной или четырехскатной кровли используется множество различных элементов. Длина стандартных стропил может варьироваться от 4,5 до 6 м. При необходимости их можно укоротить или нарастить.
Прежде чем выбрать сечение бруса, нужно знать длину стропил, шаг их установки и нагрузку на них. В таблице ниже приведены необходимые данные для расчета кровельной системы. Однако эти значения подходят лишь для Московской области и учитывают климатические особенности именно этого региона.
Но «скелет» крыши состоит не только из стропил – в нем есть опорный брус (мауэрлат), подкосы, ригели и много других элементов. Ниже представлены рекомендуемые сечения для каждого из них:
мауэрлат самый мощный элемент системы, поэтому для него нужно большое сечение в 100х100 мм, 100х150 мм или 150х150 мм;
прогоны также выполняют поддерживающую функцию и должны быть прочными – 100х100 мм, 100х150 мм либо 100х200 мм;
ендовы и диагональные стропильные ноги – 100х200 мм;
подкосы и ригели – 100х150 мм или 150х150 мм;
подшивочные доски – 25х100 мм;
затяжки – 50х150 мм.
Когда выбрана длина, толщина и шаг расположения стропил, можно определить их количество. Делать это нужно, ориентируясь на длину дома. В процессе проектирования также надо делать расчет на прогиб, соотнося нагрузку на стропила и возможный прогиб деревянных элементов под ней. Для стропильной системы мансардной крыши прогиб не будет превышать 1/250 часть от длины сегмента, на который оказывается давление.
Иными словами, пятиметровые стропила прогнутся максимум на 2 см. При увеличении длины или нагрузки крыша может деформироваться.
Рекомендации для выбора брусьев на стропила:
На 1 погонном метре материала не должно быть больше 3 сучков длиной до 3 см (если сучок больше, то стропило будет слабым).
Допустимо присутствие несквозных трещин, но только если они не превышают половины длины всего бруса.
Древесина должна быть хорошо просушенной. Допустимый уровень влажности брусьев составляет 18% и меньше. Если построить стропильную систему из сырых элементов, очень скоро она деформируется.
Полезный совет: Перед монтажом конструкции стропильной системы обязательно обработайте каждый деревянный элемент антисептическим и антипиренным средством. Делать это надо до установки, а не после.