Сбор нагрузок на кровлю и стропила

Содержание
  1. Расчет стропильной системы своими руками
  2. Классификация нагрузок
  3. Расчет снеговых нагрузок на крышу
  4. Расчет ветровых нагрузок на стропильную систему
  5. Расчет собственного веса кровли
  6. Собираем нагрузки
  7. Расчёт стропильной системы
  8. Самостоятельный расчет сечения стропил
  9. Расчетные данные сопротивления древесины хвойных пород
  10. Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш
  11. Совокупность нагрузок.
  12. Приведение нагрузок действующих по площади к нагрузкам действующим на метр длины конструкций крыши.
  13. Пример сбора нагрузок.
  14. Пример приведения нагрузок действующих на 1 м² к нагрузкам действющим на 1 пм.
  15. Расчет стропильной системы и обрешетки. Общие положения
  16. На стропила будут действовать самые различные нагрузки, но сначала определимся с тем, какие это будут нагрузки, распределенные или сосредоточенные. И тут уже все зависит от обрешетки :
  17. – Вес различных конструктивных элементов
  18. – Снеговая нагрузка
  19. – Ветровая нагрузка
  20. – Монтажная
  21. Расстояние между стропилами: принципы и примеры расчетов шага стропильной системы
  22. От чего зависит шаг расположения стропил?
  23. Онлайн-калькуляторы vs. блокнот и карандаш
  24. Декоративные стропила: 0% нагрузки
  25. Функциональные стропила: подробный расчет

Расчет стропильной системы своими руками

Сбор нагрузок на кровлю и стропила

Вы можете себе представить человека без костей? Точно так же скатная крыша без стропильной системы больше похожа на строение из сказки про трех поросят, которую запросто сметет природной стихией.

Крепкая и надежная система стропил – залог долговечности конструкции крыши.

Чтобы качественно сконструировать систему стропил, необходимо выявить и рассчитать параметры, влияющие на прочность предполагаемой конструкции.

Например, необходимо принять во внимание изгибы крыши, уклон скатов, аэродинамические коэффициенты, коэффициенты на неравномерное распределение снега по поверхности, силы воздействия на конструктивные элементы крыши и так далее. Рассчитать все это максимально приближенно к реальной ситуации, а также учесть все нагрузки и искусно собрать их сочетания – задача не из легких.

Если хотите разобраться досконально – список полезной литературы приведен в конце статьи. Конечно, курс сопромата для полного понимания принципов и безукоризненного расчета стропильной системы в одну статью не уместить, поэтому приведем основные моменты для упрощенной версии расчета.

Классификация нагрузок

Нагрузки на стропильную систему классифицируются на:

    1. Основные:
      • постоянные нагрузки – вес самих стропильных конструкций и крыши,
      • длительные нагрузки – снеговые и температурные нагрузки с пониженным расчетным значением (используются при необходимости учета влияния длительности нагрузок, при проверке на выносливость),
      • переменное кратковременное влияние — снеговое и температурное воздействие по полному расчетному значению.
    2. Дополнительные – ветровое давление, вес строителей, гололедные нагрузки.
    3. Форс-мажорные – взрывы, сейсмоактивность, пожар, аварии.

Для осуществления расчета стропильной системы принято рассчитывать предельные нагрузки, чтобы затем, исходя из подсчитанных величин, определить параметры элементов стропильной системы, способных выстоять против этих нагрузок.

Расчет стропильной системы скатных крыш производится по двум предельным состояниям:

      • Предел, при котором происходит разрушение конструкции. Максимально возможные нагрузки на прочность конструкции стропил должны быть меньше предельно допустимых.
      • Предельное состояние, при котором возникают прогибы и деформация. Возникающий прогиб системы при нагрузке должен быть менее предельно возможного.

Для более простого расчета применяется только первый способ.

Расчет снеговых нагрузок на крышу

Формула расчета снеговой нагрузки: Ms = Q × Ks × Kc, где

  • Ms – снеговая нагрузка;
  • Q – масса снегового покрова, покрывающая 1м2 плоской горизонтальной поверхности крыши.

Последнее, зависит от территории и определяется по карте, для второго предельного состояния – расчет на прогиб (при расположении дома на стыке двух зон, выбирается снеговая нагрузка с большим значением).

Для прочностного расчета по первому типу величина нагрузки выбирается соответственно району проживания по карте (первая цифра в указанной дроби – числитель), либо берется из таблицы №1:

Первое значение в таблице измеряется в кПа, в скобках нужная переведенная величина в кг/м2.

Ks – поправочный коэффициент на угол наклона кровли.

      • Для крыш с крутыми склонами с углом более 60 градусов снеговые нагрузки не учитываются, Ks=0 (снег не скапливается на круто скатных крышах).
      • Для крыш с углом от 25 до 60, коэффициент берется 0,7.
      • Для остальных он равен 1.

Kc – коэффициент ветрового сноса снега с крыш. При условии пологой крыши с углом ската 7-12 градусов в районах на карте со скоростью ветра 4 м/с, Kc принимается = 0.85. На карте отображено районирование по скорости ветра.

Коэффициент сноса Kc не учитывается в районах с январской температурой теплее -5 градусов, так как на крыше образуется ледяная корка, и сдува снега не происходит. Не учитывается коэффициент и в случае закрытия здания от ветра более высокой соседней постройкой.

Снег ложится неравномерно. Зачастую с подветренной стороны формируется так называемый снеговой мешок, особенно в местах стыков, изломов (ендова). Следовательно, если вы хотите прочную крышу, делайте шаг стропил минимальным в этом месте, также внимательно относитесь к рекомендациям производителей кровельного материала – снег может обломить свес, если он неправильных размеров.

Напоминаем, что расчет, приведенный выше, предложен вашему вниманию в упрощенной форме. Для более надежного расчета советуем умножить результат на коэффициент надежности по нагрузке (для снеговой нагрузки = 1,4).

Расчет ветровых нагрузок на стропильную систему

С давлением снега разобрались, теперь перейдем к расчетам ветрового влияния.

В независимости от угла ската, ветер сильно воздействует на крышу: крутоскатную кровлю старается сбросить, более плоскую кровлю – поднять с подветренной стороны.

Для расчета нагрузки ветра во внимание принимают его горизонтальное направление, при этом он дует двунаправленно: на фасад и на крышной скат. В первом случае поток разбивается на несколько – часть уходит вниз к фундаменту, часть потока по касательной снизу вертикально давит на свес крыши, пытаясь ее поднять.

Во втором случае, воздействуя на скаты крыши, ветер давит перпендикулярно скату, вдавливая его; также образуется завихрение по касательной с наветренной стороны, огибая конек и превращаясь в подъемную силу уже с подветренной стороны, в связи с разницей в давлении ветра с обеих сторон.

Для подсчета усредненной ветровой нагрузки используют формулу: Mv = Wo x Kv x Kc x коэффициент прочности,

где Wo – нагрузка ветровая давления, определяемая по карте

Kv – коэффициент поправки ветрового давления, зависящий от высоты здания и местности.

Kc – аэродинамический коэффициент, зависит от геометрии конструкции крыши и направления ветра. Значения отрицательные для подветренной стороны, положительные для наветренной

Таблица аэродинамических коэффициентов в зависимости от уклона кровли и отношения высоты здания к длине (для двускатной крыши)

Для односкатной крыши необходимо взять коэффициент из таблицы для Ce1.

Для упрощения расчета значение C проще взять максимальным, равным 0,8.

Для более надежных результатов советуем умножить на коэффициент запаса прочности по ветровой нагрузке = 1,2.

Расчет собственного веса кровли

Для расчета постоянной нагрузки нужно рассчитать вес кровли на 1 м2, полученный вес нужно умножить на поправочный коэффициент 1,1 – такую нагрузку стропильная система должна выдерживать в течение всего срока эксплуатации.

Вес кровли складывается из:

  • объем леса (м3), используемого в качестве обрешетки, умножается на плотность дерева (500 кг/м3)
  • веса стропильной системы
  • вес 1м2 кровельного материала
  • вес 1м2 веса утеплителя
  • вес 1м2 отделочного материала
  • вес 1м2 гидроизоляции.

Все эти параметры легко получить уточнив эти данные у продавца, либо посмотреть на этикетке основные характеристики: м3, м2, плотность, толщина, – произвести простые арифметические операции.

Пример: для утеплителя плотностью в 35 кг/м3, упакованного рулоном толщиной 10 см или 0,1 м, длиной 10м и шириной 1.2 м, вес 1 м2 будет равен (0.1 х 1.2 х 10) х 35 / (0.1 х 1.2) = 3.5 кг/м2. Вес остальных материалов можно рассчитать по тому же принципу, только не забывайте сантиметры в метры переводить.

Чаще всего нагрузка кровли на 1 м2 не превышает 50 кг, поэтому при расчетах закладывают именно эту величину помноженную на 1.1, т.е. используют 55 кг/м2, которая сама по себе взята запасом.

Еще данные можно взять из таблицы ниже:

Шифер10 – 15 кг/м²
Ондулин4 – 6 кг/м²
Керамическая черепица35 – 50кг/м²
Цементно-песчаная черепица40 – 50 кг/м²
Битумная черепица8 – 12 кг/м²
Металлочерепица4 – 5 кг/м²
Профнастил4 – 5 кг/м²
Вес чернового настила18 – 20 кг/м²
Вес обрешётки8 – 12 кг/м²
Вес стропильной системы15 – 20 кг/м²

Собираем нагрузки

По упрощенному варианту теперь необходимо сложить все найденные выше нагрузки простым суммированием, мы получим итоговую нагрузку в килограммах на 1 м2 крыши.

Расчёт стропильной системы

После сбора основных нагрузок можно уже определить основные параметры стропил. Для того чтобы определить какая распределенная нагрузка приходится на каждую стропильную ногу в отдельности, переводим кг/м2 в кг/м.

Считаем по формуле: N = шаг стропил x Q, где

N – равномерная нагрузка на стропильную ногу, кг/м шаг стропил – расстояние между стропилами, м

Q – рассчитанная выше итоговая нагрузка на крышу, кг/м²

Из формулы ясно, что изменением расстояния между стропилами можно регулировать равномерную нагрузку на каждую стропильную ногу. Обычно шаг стропил находится в диапазоне от 0,6 до 1,2 м. Для крыши с утеплением при выборе шага разумно ориентироваться на параметры листа утеплителя.

Вообще при определении шага установки стропил лучше исходить из экономических соображений: высчитать все варианты расположения стропил и выбрать самый дешевый и оптимальный по количественному расходу материалов для стропильной конструкции.

В строительстве частных домов и коттеджей, при выборе сечения и толщины стропила, руководствуются таблицей приведенной ниже (сечение стропила указано в мм). В таблице усредненные значения для территории России, а также учтены размеры строительных материалов, представленных на рынке. В общем случае, этой таблицы достаточно для того, чтобы определить, какого сечения нужно приобретать лес.

Однако, не следует забывать, что размеры стропильной ноги зависят от конструкции стропильной системы, качества используемого материала, постоянных и переменных нагрузок оказываемых на кровлю.

На практике при постройке частного жилого дома чаще всего используют для стропил доски сечением 50х150 мм (толщина x ширина).

Самостоятельный расчет сечения стропил

Как уже упоминалось выше, стропила рассчитываются по максимальной нагрузке и на прогиб. В первом случае учитывают максимальный момент изгиба, во втором – сечение стропильной ноги проверяется на устойчивость прогибу на самом длинном участке пролета. Формулы достаточно сложные, поэтому мы выбрали для вас упрощенный вариант.

Если хотите все посчитать самостоятельно, выберите ширину сечения в соответствии с таблицей:

Толщину сечения (или высоту) рассчитаем по формуле:

a) Если угол крыши < 30°, стропила рассматриваются как изгибаемые

H ≥ 8,6 x Lm x √(N / (B x Rизг))

b) Если уклон крыши > 30°, стропила изгибаемо-сжатые

H ≥ 9,5 x Lm x √(N / (B x Rизг))

Обозначения:

H, см – высота стропила
Lm, м – рабочий участок самой длинной стропильной ноги
N,кг/м – распределённая нагрузка на стропильную ногу
B, см – ширина стропила
Rизг, кг/см² – сопротивление древесины изгибу

Для сосны и ели Rизг в зависимости от сорта древесины равен:

1 сорт140 кг/см²
2 сорт130 кг/см²
3 сорт85 кг/см²

Расчетные данные сопротивления древесины хвойных пород

Важно проверить, не превышает ли прогиб разрешенной величины.

Величина прогиба стропил должна быть меньше L/200 – длина проверяемого наибольшего пролета между опорами в сантиметрах деленная на 200.

Это условие верно при соблюдении следующего неравенства: 3,125 xNx(Lm)³ / (BxH³) ≤ 1

N (кг/м) – распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги Lm (м) – рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны B (см) – ширина сечения

H (см) – высота сечения

Если значение выходит больше единицы, необходимо увеличить параметры стропила B или H.

Используемые источники:

    1. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия с последними изменениями 2008г.
    2. СНиП II-26-76 «Кровли»
    3. СНиП II-25-80 «Деревянные конструкции»

    Источник: https://kalk.pro/articles/roofs/raschet-stropilnoj-sistemy/

    Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш

    Сбор нагрузок на кровлю и стропила

    На начальном этапе сбора нагрузок определяется ориентировочно: вес деревянной обрешётки 10–12 кг/м²; наслонных деревянных стропил и деревянных прогонов 5–10 кг/м²; висячих деревянных стропил, несущих только холодную кровлю 10–15 кг/м².

    Совокупность нагрузок.

    Зимой на стропильную систему крыши могут действовать одновременно все нагрузки: от веса снега, собственного веса стропильной системы, кровли, утеплителя и давления ветра.

    В другое время часть этих нагрузок исчезает, например, давление от веса снега, тем не менее, стропила рассчитывают на полную совокупность нагрузок. И после их арифметического сложения умножают на коэффициент надежности 1,1.

    Другими словами, крыша рассчитывается на самые неблагоприятные условия работы и при этом закладывается дополнительная десятипроцентная прочность (коэффициент 1,1). В старых нормах коэффициент надежности для снеговых нагрузок составлял 1,4.

    В связи со значительным изменением (увеличением) нормативных значений давлений от веса снега, этот коэффициент в новом СНиПе не указывается его уже учли в нормативах по весу снега и даже с большим значением. Включать его в расчет не нужно.

    Как уже говорилось, расчет несущей конструкции крыши (стропил, прогонов и обрешетки) ведется по двум предельным состояниям: на разрушение и прогиб.

    • Расчет на разрушение производится на полную нагрузку, действующую на крышу. Она называется расчетной нагрузкой и включает в себя полный вес снега принятый по таблице 1 с учетом наклона скатов, ветровую нагрузку, зависящую от высоты здания и угла наклона скатов, собственный вес крыши (стропил, прогонов, обрешетки, утепления и подшивки).
    • Расчет на прогиб ведется для той же суммы нагрузок, но вес снега принимается с понижающим коэффициентом 0,7. Эта нагрузка называется расчетной нормативной нагрузкой или просто нормативной нагрузкой.

    Для правильного расчета стропильной системы должны быть собраны два варианта нагрузок действующих по площади (расчетная и нормативная) и переведены в линейные нагрузки.

    Приведение нагрузок действующих по площади к нагрузкам действующим на метр длины конструкций крыши.

    Все вышеприведенные нагрузки определяются по СНиПам и техническим характеристикам применяемых материалов. Эти нагрузки показывают общее давление от веса снега, слоев кровли и давления ветра и измеряются в килограммах на квадратный метр (кг/м²). Однако в конструкции крыши имеются несколько несущих конструкций: решетины, стропила, прогоны.

    Каждая из них работает только на ту нагрузку, которая давит непосредственно на нее, а не на крышу в целом. Все перечисленные несущие элементы крыши — это линейные конструкции и должны рассчитываться на давление, действующее на каждый метр длины этого элемента, то есть единица измерения кг/м² должна быть переведена в единицу измерения кг/м.

    На каждую отдельно взятую стропилину давит только та нагрузка, которая расположена над ней. Значит, совокупную равномерно распределенную нагрузку нужно умножить на шаг установки стропил (рис. 1). Изменением ширины шага установки стропил, а следовательно, изменением площади сбора нагрузки над стропилом можно увеличивать или уменьшать нагрузку.

    рис. 1. Приведение нагрузки действующей по площади к линейной нагрузке.

    Обычно шаг установки стропил выбирают конструктивно в зависимости от размеров здания. Например, на стене длиной 6 м можно разместить стропила с шагом в 1 м, в этом случае потребуется 7 стропилин. Однако длина стены в 6 м также хорошо делится и на шаг 1,2 м, тогда получится 6 стропилин или на шаг 1,5 м — потребуется 5 стропилин.

    Для такой длины стен можно применить шаг установки и в 2, и в 3 м, но будет нужна усиленная обрешетка. Обычно шаг установки стропил не делают более 2 м, а для утепленных крыш его принимают равным размерам плит утеплителя 0,6, 0,8, 1,2 м.

    Другими словами, шаг установки стропил назначается в каждом конкретном случае свой, в зависимости от длины стен здания так, чтобы на ней разместилось целое число стропильных ног и расстояние между ними было одинаковым. Единственным критерием выбора шага стропил может быть только экономический.

    Нужно просчитать несколько вариантов установки стропил, найти их сечение и сравнить расход материалов. Наименьшая материалоемкость, при прочих равных, указывает на верность выбранного шага установки стропил.

    С шагом установки решетин все обстоит несколько иначе, тут нельзя произвольно взять и изменить между ними расстояние.

    Чаще всего расстояние между решетинами зависит от применяемого кровельного материала, поэтому он задается строго определенных размеров, а сечение решетин подбирается расчетом.

    Нагрузка на каждый брусок или доску обрешетки определяется аналогично расчетной нагрузке на стропила, путем произведения нормативной нагрузки на шаг установки решетин.

    Место установки прогонов назначается конструктивно и/или после расчета шага и сечения стропил. Они рассчитываются на сосредоточенные силы от давления стропил. Кроме обрешетки, стропил и прогонов, в конструкции крыш имеются и другие несущие элементы, такие как подкосы (подстропильные ноги) и стойки.

    Пример сбора нагрузок.

    Дано. Регион строительства Сергиево-Посадский р-н Московской обл. Высота строения — 10 м. Двухскатная мансардная крыша с уклоном скатов 30°. Кровля из металлочерепицы по сплошной обрешетке. Мансарда изнутри утеплена теплоизоляцией URSA М-20 толщиной 18 см и обшита одним слоем гипсокартона толщиной 12,5 мм.

    Решение

    По карте районирования снегового покрова (рис. 3) или карте СНиП 2.01.07-85 определяем, что давление от веса снега для расчета по первой группе предельных состояний составляет 180 кг/м², для расчета по второй группе предельных состояний — 126 кг/м².

    По рисунку 5 видим, что крыша с наклоном скатов до 30° включительно, накапливает снеговые мешки на подветренном скате. Увеличение веса снега характеризуется коэффициентом µ=1,25.

    Следовательно, вес снегового покрова должен быть увеличен на эту величину.

    Тогда для расчета по первой группе предельных состояний вес снега составит 180×1,25=225 кг/м², а для расчета по второй группе предельных состояний — 126×1,25 = 157,5 кг/м².

    По картам районирования средней скорости ветра и температуры января (рис. 6 и 7) видим, что снег с крыши ветром сдуваться не будет, тем более, что это не позволяет сделать и уклон крыши, превышающий 12°. Следовательно, коэффициент учитывающий сдувание снега будет равен с=1. Таким образом, получаем окончательные величины снеговых нагрузок по формулам:

    Qр.сн=Q×µ×c=180×1,25×1=225 кг/м² — для первого предельного состояния (на прочность)
    Qн.сн=0,7Q×µ×c=0,7×180×1,25×1=157,5 кг/м² — для второго предельного состояния (на прогиб)

    По карте районирования ветрового давления (рис. 9) определяем, что давление ветра на крышу будет составлять Wо=32 кг/м², а коэффициент k(z)=0,65, для местности типа Б.

    Далее по рисунку 10 определяем, что на скаты крыши будет действовать подъемная сила уменьшающая давление ветра, эта величина характеризуется несколькими коэффициентами с.

    Однако мы эти понижающие коэффициенты использовать не будем, поскольку нам достоверно неизвестно какой из скатов будет с подветренной, а какой с наветренной стороны, поэтому примем с=1
    Таким образом, получаем нагрузку от давления ветра равную:

    W = Wо×k(z)×c=32×0,65×1=20,8 кг/м²

    По техническим характеристикам и теплотехническому расчету рассчитываем вес строительных материалов используемых для строительства крыши:

    металлочерепица — 5 кг/м²;обрешетка — 12 кг/м²;утеплитель — 4 кг/м²;

    гипсокартон — 10,6 кг/м²

    Собственный вес стропильной системы временно определяем равным 10 кг/м². В последующих расчетах, когда будет определено сечение конструктивных элементов (стропил) нагрузку нужно будет вновь пересчитать с учетом появившихся размеров стропил.

    Теперь можно суммировать все нагрузки для расчета по двум предельным состояниям:

    Qр=225+20,8+5+12+4+10,6+10=288 кг/м² — для расчета на прочность
    Qн=157,5+20,8+5+12+4+10,6+10=220 кг/м² — для расчета на прогиб

    Для получения окончательных данных по нагрузкам увеличим их на 10%, умножим на коэффициент надежности 1,1

    Qр=288×1,1=317 кг/м² — для расчета на прочность
    Qн=220×1,1=242 кг/м² — для расчета на прогиб

    Вот эти цифры и будем использовать для дальнейших расчетов.

    Пример приведения нагрузок действующих на 1 м² к нагрузкам действющим на 1 пм.

    Дано: для двух типов предельных состояний имеем нагрузки Qр и Qн действующие на 1 м² крыши равными 317 и 242 кг/м². Шаг стропил b=1,2 м.Решение.

    Нагрузку нужно умножить на шаг установки конструктивного элемента ( в данном случае, шаг стропил).

    qр=Qр×b=317 кг/м²×1,2 м=381 кг/м
    qн=Qн×b=242 кг/м²×1,2 м=291 кг/м

    Те же нагрузки, шаг стропил b=0.8 м

    Решение.qр=Qр×b=317 кг/м²×0,8 м=254 кг/м

    qн=Qн×b=242 кг/м²×0,8 м=194 кг/м

    Те же нагрузки, шаг стропил b=1 м

    Решение.qр=Qр×b=317 кг/м²×1 м=317 кг/мqн=Qн×b=242 кг/м²×1м=242 кг/м

    Аналогично определяются нагрузки и на другие конструктиыные элементы крыши, например, на прогоны, бруски или доски обрешетки.

    « назад           далее »

    Источник:  «Конструкции крыш. Стропильные системы» Савельев А.А.

    Источник: http://mainstro.ru/nagruzki-dejstvuyushhie-na-nesushhuyu-konstrukciyu-skatnyx-krysh/

    Расчет стропильной системы и обрешетки. Общие положения

    Сбор нагрузок на кровлю и стропила

    Впрочем стропила также могут рассматриваться как наклонные стержни арок или ферм.

    Стропильные системы односкатных и двускатных кровель могут быть разными, например:

    Рисунок 227.1. Возможные расчетные схемы стропил – однопролетных балок.

    Рисунок 227.2. Возможные расчетные схемы стропил – двухпролетных неразрезных балок.

    На рисунках 227.1 и 227.2 показаны некоторые возможные варианты стропильных систем, снизу или сбоку показаны возможные расчетные схемы для данной стропильной системы. Стропила, а точнее, стропильные ноги, показаны оранжевым цветом, симметричные им стропильные ноги, которые рассчитываются по абсолютно такой же расчетной схеме, показаны фиолетовым цветом.

    Обычно принято различать висячие стропила (рис.227.1.3 и 227.2.3). Данные стропильные системы более правильно рассматривать как трехшарнирные арки с затяжкой на опорах – рис.227.1.3, или выше опор рис.227.2.3.

    Впрочем такие стропила можно рассматривать и как простую треугольную ферму. Расчет элементов арок и ферм в данной статье не рассматривается, поэтому данные варианты стропильных систем обозначены не голубым цветом, а коричневым.

    Статьи, посвященные расчету висячих стропил, собраны в отдельный раздел.

    А также наслонные стропила (все остальные стропильные системы, показанные на рисунках), а еще кровли могут быть односкатными (рис 227.1.1 и 227.2.

    1) или двускатными (все остальные, показанные на рисунках), вальмовыми или шатровыми (это можно корректно отобразить только в нескольких проекциях или в 3D проекции), мансардными и др.

    Однако при расчете стропил намного важнее знать, какая расчетная схема для стропильной системы будет более правильной. В связи с этим стропильные системы сгруппированы по расчетным схемам.

    Стропильные системы, показанные на рисунке 227.1, можно рассматривать как однопролетные балки. Так как в данном случае нас интересует выбор расчетной схемы, то конструктивным особенностям устройства той или иной стропильной системы внимания практически не уделяется.

    Так, например, стропильные ноги не всегда выступают за лицевую поверхность стены, как показано на большинстве стропильных систем. Часто стропильные ноги могут оканчиваться декоративными “кобылками”, как показано на рисунке 227.1.б).

    А иногда кобылки максимально простой формы делаются просто потому, что не хватает длины строительного бруса, используемого для стропильных ног. У меня есть подозрение, что изначально на окончания стропильных ног крепились черепа поверженных врагов, потом черепа лошадей, отсюда и название – кобылки.

    И делалось это не просто так, ради украшения, а с вполне определенной обереговой целью – защитить жилище, при этом не всякое жилище, а жилище вождя. Впрочем, исторические предпосылки различных стропильных систем в планы данной статьи не входят, поэтому вернемся к основной теме.

    Стропильные системы, показанные на рисунке 227.2, можно рассматривать как двухпролетные балки. Исключение составляет стропильная система, показанная на рис.227.2.3, состоящая из стропильных ног и затяжки, номер стропильной системы на рисунке обозначен коричневым цветом.

    Как уже говорилось, такую стропильную систему более правильно рассчитывать как раму или как арку. Еще одним недостатком данной стропильной системы является повышенная горизонтальная нагрузка на стены. Впрочем, о нагрузках мы поговорим чуть ниже. Стропильная система, показанная на рис.227.1.

    3, также состоит из стропильных ног и затяжки, но представляет собой простейшую кровельную ферму.

    В принципе и рассчитывать такую стропильную систему нужно, как стропильную ферму, однако расположение затяжки позволяет рассматривать стропила как балки на шарнирных опорах, вот только на опоре В на балку будет действовать дополнительная горизонтальная нагрузка N.

    Более правильно рассматривать большинство приведенных на рисунках стропил, как шарнирные балки с консолями. На расчетных схемах такие балки обозначены оранжевым цветом.

    Однако при достаточно больших пролетах и относительно небольших свесах стропил или при использовании кобылок стропила можно рассматривать, как просто балки на шарнирных опорах.

    На расчетных схемах такие балки обозначены темно зеленым цветом (для стропильных систем, показанных на рис. 227.2.4 такие расчетные схемы не приведены, но подразумеваются).

    Как рассчитываются наслонные стропила – однопролетные и двухпролетные балки, показанные на рисунках 227.1.1, 227.1.2, 227.2.1 и 227.2.2, можно посмотреть здесь.

    Стропила, показанные на рисунке 227.2.4, также можно рассчитывать как двухпролетную балку, однако при этом следует учитывать дополнительные нормальные напряжения, возникающие из-за распора. Таким образом такие стропильные системы нельзя в чистом виде отнести ни к наслонным ни к висячим стропилам.

    Для стропильных систем, изготавливаемых из цельного или клееного бруса, максимальная длина пролета b ограничена только длиной имеющегося в наличии бруса.

    Ну а теперь пришло время поговорить о нагрузках:

    На стропила будут действовать самые различные нагрузки, но сначала определимся с тем, какие это будут нагрузки, распределенные или сосредоточенные. И тут уже все зависит от обрешетки

    :

    • Если обрешетка представляет собой сплошной настил, например, под битумную черепицу, то все нагрузки в этом случае можно считать распределенными, что значительно упрощает расчет.
    • Во всех других случаях нагрузка на стропила будет передаваться в местах контакта со сквозной обрешеткой и потому нагрузки от веса обрешетки, от кровельного материала и от снега и ветра более правильно рассматривать как сосредоточенные, вернее, как локально приложенные распределенные нагрузки. Однако, чем больше расчетная длина пролета и чем чаще при этом крепятся бруски, планки или доски обрешетки, тем ближе конечные эпюры моментов и поперечных сил при сосредоточенных нагрузках будут к эпюрам при распределенной нагрузке. А это позволяет упростить расчет сечения стропил, сведя все нагрузки к распределенным, а учесть количество брусков обрешетки можно поправочными коэффициентами, при условии, что расстояния между брусками обрешетки примерно одинаковые, при этом бруски, крепящиеся на опорах стропильной ноги, не учитываются. 

    Для определения переходного коэффициента при большом количестве брусков обрешетки используется формула

    γ = n/(n – 1) (214.2.1)

    где n – количество расстояний между балками обрешетки

    γ = 1.11 – для стропильных систем с общим количеством брусков обрешетки на стропильную ногу ≥ 10;

    γ = 1.142 – для стропильных систем с 6 или 7 брусками обрешетки на стропильную ногу (всего – 8  или 9 брусков обрешетки);

    γ = 1.2 – для стропильных систем с 4 или 5 брусками обрешетки на стропильную ногу (всего – 6 или 7 брусков);

    γ = 1.33 – для стропильных систем с 2 или 3 брусками обрешетки на стропильную ногу (всего – 4 или 5 брусков);

    γ = 2 – если будет только один брусок обрешетки посредине стропильной ноги и 2 бруска по краям;

    При разных расстояниях между брусками обрешетки расчет все-таки следует производить на действие сосредоточенных нагрузок. Для надежности можно принимать бóльшие значения переходного коэффициента.

    И еще, как уже говорилось, стропила как правило устанавливаются с уклоном, а это означает что большинство нагрузок, действующих на стропила, будут приложены не перпендикулярно центральной оси стропильной балки, а под углом. И угол это будет равен 90 – α.

    Для того, чтобы корректно вести дальнейшие расчеты, действующую под углом нагрузку нужно разложить на вертикальную и горизонтальную составляющие. При знании угла наклона стропил и соответственно синуса и косинуса этого угла больших проблем с разложением нагрузки на вертикальную и горизонтальную составляющие не будет.

    Но это означает, что на стропильную балку будет действовать вертикальная составляющая нагрузки, которую можно рассматривать как равномерно распределенную нагрузку (при соблюдении вышеприведенных условий) и горизонтальная составляющая нагрузки, которую также можно рассматривать как равномерно распределенную нагрузку, но приложенную с эксцентриситетом.

    А еще это означает, что стропильную ногу нужно рассматривать еще и как стойку, имеющую определенную гибкость, на которую действует продольная сила (горизонтальная составляющая нагрузки) и изгибающий момент:

    Рисунок 227.3. Вертикальная и горизонтальная составляющие от действующей на стропила равномерно распределенной нагрузки.

    Для примера взята стропильная система, показанная на рисунке 227.1.2, впрочем для большинства стропильных систем, показанных на рис. 227.1 расчетная схема может быть такой же.

    Так как наиболее напряженным, хоть для балки хоть для стойки, будет поперечное сечение приблизительно посредине пролета стропильной ноги, то и расчет следует проводить именно для такого сечения, кроме того необходимо учитывать дополнительный момент, возникающий из-за эксцентриситета приложения продольной (горизонтальной) нагрузки (qг).

    Как правило этот эксцентриситет е равен половине высоты стропильной ноги. Не смотря на столь долгий и возможно малопонятный логический путь по лабиринтам умозаключений, формула для определения параметров поперечного сечения удивительно проста:

    (N/φF) + (Mz/Wz) ≤ Ry (214.3.1)

    где N – значение горизонтальной составляющей нагрузки, кг;

    F – площадь сечения стропильной ноги, см2;

    φ – коэффициент продольного изгиба;

    Mz – значение изгибающего момента, возникающего в поперечном сечении стропильной ноги под действием вертикальной составляющей нагрузки плюс момент в результате прогиба балки.

    Примечание: Так как нормальные сжимающие напряжения, возникающие в результате разложения нагрузки на вертикальную и горизонтальную, относительно малы, то влиянием момента, возникающего в результате прогиба балки при действии равномерно изменяющихся нормальных напряжений для упрощения расчетов можно пренебречь. А чтобы сомнений в надежности конструкции не оставалось, расчетное сопротивление можно разделить на дополнительный коэффициент надежности по нагрузке γ = 1.05÷1.1. При этом, чем больше угол наклона кровли, тем больший коэффициент надежности следует принимать. Впрочем узлы сопряжения стропильной системы могут быть выполнены таким образом, что значение нормальных напряжений в поперечном сечении, где действует максимальный изгибающий момент, будут равны 0 и тогда принимать их в расчет вроде бы и не нужно, тем не менее дополнительная надежность конструкции никогда не помешает.

    Wz – момент сопротивления поперечного сечения;

    Ry – расчетное сопротивление материала стропильной ноги растяжению, сжатию и изгибу по пределу текучести, кг/см2.

    Осталось только определить, какие именно нагрузки будут действовать на стропила и потом уже подобрать сечение стропил с учетом этих нагрузок.

    Вес различных конструктивных элементов

    например, при устройстве слуховых окон, ограждений и др.

    Определить постоянную нагрузку с одной стороны просто, так как удельный вес всех используемых при устройстве кровли материалов известен, а с другой стороны сечение стропильной ноги, расстояние между стропилами, частота устройства обрешетки и сечение обрешетки еще неизвестны и эти сечения как раз и нужно определить. На предварительном этапе расчетов можно принять нагрузку от собственного веса стропил и обрешетки 6-10 кг, если и стропила и обрешетка будут деревянными. Ну а нагрузку от наиболее распространенных кровельных материалов можно приблизительно определить по таблице.

    Снеговая нагрузка

    являющаяся долговременной;

    Ветровая нагрузка

    являющаяся кратковременной. Ветровая нагрузка в отличие от всех других нагрузок может быть не только положительной, т.е. действующей по направлению к центру Земли, но и отрицательной, т.е. действующей в противоположном направлении, а также ветровая нагрузка может действовать под любым возможным углом.

    Иногда сильные порывы ветра могут сорвать и унести плохо или неправильно закрепленные кровельные материалы.

    В большей степени это относится к легким кровельным материалам, но даже такой не очень легкий при монтаже кровельный материал, как волновой шифер из асбестоцемента, летает очень прилично и потому, чтобы минимизировать риск такой неприятности, консоли стропильных ног, или кобылки зашиваются в сплошную досками;

    Монтажная

    В процессе монтажа кровли по стропилам или обрешетке будут ходить плотники, а если для устройства кровли будет использоваться глиняная или цементно-песчаная черепица, частично складирующаяся на кровле, то такие монтажные нагрузки следует учитывать при расчете на прочность.

    Раньше определить расчетное значение веса снегового покрова Sg и нормативное значение ветрового давления Wo

    Источник: http://DoctorLom.com/item227.html

    Расстояние между стропилами: принципы и примеры расчетов шага стропильной системы

    Сбор нагрузок на кровлю и стропила

    Задача правильно рассчитать расстояние между стропилами – очень ответственная.

    От того, насколько серьезно вы приступите к ее решению, будет зависеть не только надежность и долговечность крыши, но и все последующие работы на ней: укладка утеплителя, монтаж кровельного покрытия, установка доборных элементов. Если подтасовать шаг стропил под листы кровли, как это многие делают, то не факт, что между стропилами потом войдет утеплитель.

    Если же ориентироваться только на утеплитель – первая же зима с ее обильным русским снегом сокрушит стропильную систему. Вот почему вся суть в том, чтобы подобрать оптимальный шаг стропил на для всех скатов, и вот этому умению мы вас сейчас научим.

    От чего зависит шаг расположения стропил?

    Итак, расстояние между стропилами определяется такими важными факторами: Форма крыши (двускатная, односкатная или многоскатная). Угол наклона крыши.

    Параметры бруса, который используется для изготовления стропил (ширина, толщина).

    Конструкция стропильной системы (наслонная, висячая или скользящая).

    Совокупность всех нагрузок на крышу (вес покрытия, атмосферные явления и др.).

    Материал обрешетки (20х100 или 50х50) и ее параметры (сплошная, с пробелами 10 см, 20 см или сплошная из фанеры)

    И каждый из этих параметров нужно брать во внимание, о чем как раз эта статья.

    Онлайн-калькуляторы vs. блокнот и карандаш

    Для правильного расчета сечения стропил и шага их установки сегодня существует много сложных формул. Но помните, что такие формулы были в свое время разработаны больше для того, чтобы была возможность не столько идеально рассчитать конструктивов крыши, сколько изучить работу таких элементов.

    Например, сегодня пользуются популярностью несложные онлайн-программы, которые неплохо рассчитывают параметры стропил. Но идеально, если вы сможете самостоятельно поставить конкретные задачи и вычислить все, что вам нужно.

    Важно понять до мелочей, что именно происходит в стропильной системе во время эксплуатации, какие именно силы на нее воздействует и какие нагрузки. А компьютерная программа не всегда может учитывать все, то что замечает человеческий мозг.

    Поэтому мы советуем вам произвести все расчеты все-таки вручную.

    Декоративные стропила: 0% нагрузки

    Первым делом определитесь с самым главным пунктом: типом крыши и ее назначением. Дело в том, что крыша жилого дома зимой выдерживает на себе большую шапку снега, постоянный ветер на высоте и еще ее нередко утепляют изнутри, а вот к стропильной системе небольшой беседки, спрятанной под кронами деревьев, предъявляют совсем другие требования.

    Например, если вы строите перголу в ее классическом понимании, то совершенно не важно, какое именно будет у нее расстояние между стропилами – это уже чисто эстетический фактор.

    В приведенной иллюстрации видно, что даже в такой постройке есть свой шаг стропил. Ведь здесь он обеспечивает и эстетический фактор, и жесткость самой конструкции. Но выбирают шаг произвольным путем.

    Функциональные стропила: подробный расчет

    Подходим к главному вопросу: какое расстояние должно быть между стропилами крыши жилого дома? Вот здесь запаситесь терпением и внимательно изучите все нюансы.

    Пункт 1. Длина стены и выбор шага стропил
    Первым делом шаг установки стропил на крыше жилой постройки обычно выбирают конструктивно размеру здания, хотя и с учетом многих других факторов.

    Например, проще всего устанавливать стропила с шагом 1 метр, поэтому для стены длиной 6 метров ставится стандартно 7 стропил. В тоже время можно сэкономить, поставив их с расстоянием 1 и 2 метра, и получится ровно 5 стропил. Можно поставить также с расстоянием 2 и 3 метра, но зато усилить обрешеткой. Но крайне нежелательно делать шаг стропил более 2 метров.

    Пункт 2. Влияние снеговых и ветровых нагрузок на форму крыши
    Итак, мы остановились на том, что среднее расстояние между стропилами обычной крыши – 1 метр.

    Но, если в местности значительная снеговая или ветровая нагрузка, или крыша более-менее пологая или просто тяжелая (например, покрыта глиняной черепицей), тогда такое расстояние необходимо уменьшить до 60-80 см.

    А вот на крыше с уклоном более 45 градусов его можно даже увеличить на расстояние 1,2 м-1,4 м.

    Почему это так важно? Давайте разберемся. Дело в том, что воздушный поток сталкивается на своем пути со стеной под крышей здания, и там происходит завихрения, после чего ветер ударяет в карнизный свес крыши.

    Получается, что ветровой поток как бы огибает скат крыши, но при этом стремясь ее приподнять.

    И в крыше в этот момент возникают силы, которые готовы ее сорвать или опрокинуть – это две наветренные стороны и одна подъемная.

    Есть еще одна сила, которая возникает от давления ветра и действует перпендикулярно склону, стараясь словно вдавить скат крыши вовнутрь. И чем больше угол наклона ската кровли, тем больше имеют значение безопасные силы ветра и меньше касательные. А чем больше угол ската, тем реже нужно ставить стропила.

    Понять, делать вам высокую крышу или пологую, поможет эта карта среднего значения ветровой нагрузки.

    Второй момент: в российском регионе на стандартную крышу дома постоянно воздействует такое атмосферное явление, как снег. И здесь тоже вам нужно учитывать, что снеговой мешок обычно скапливается больше на какой-то стороне крыши, чем на другой.

    Вот почему в таких местах, где возможен такой мешок, нужно вставлять спаренные стропильные ноги либо делать сплошную обрешетку. Проще всего определить такие места по розе ветров: с наветренной стороны ставят одиночные стропила, а с подветренной – спаренные.

    Если вы впервые строите дом, тогда не найдетесь на собственное мировоззрение, а определите среднестатистическую снеговую нагрузку для своей местности согласно официальным данным.

    Пункт 3. Вопрос утепления и стандартной ширины матов
    Если крышу вы будете утеплять, тогда шаг стропил целесообразно ставить под стандартные размеры плит утеплителя, а это 60, 80 см и 120 см.

    Современные утеплители сегодня продают стандартной ширины, обычно по такому же стандартный шаг стропил. Если потом брать их и подгонять под уже существующие параметры, тогда будет много отходов, щелей, мостиков холода и прочих проблем.

    Пункт 4. Качество и прочность используемого пиломатериала
    Огромное значение также имеет то, какой именно материал вы используете для строительства стропильной системы. Так, для каждой породы древесины существует своя нормативная документация, которая касается ее несущей способности.

    Т.к. для изготовления стропильной системы крыши в России чаще всего используется сосна и ель, их прочность на изгиб и особенности использования уже давно прописаны. Если же вы будете использовать древесину других пород, то можно будет выводить поправочный коэффициент.

    Кроме того, если на стропиле будут сечения, врубки или отверстия под болты, в этом месте нужно рассчитывать несущую способность бруска с коэффициентом 0,80.

    Пункт 5. Расстояние между затяжками и балками перекрытия
    Еще один момент: если крыша строится со связанными между собой стропильными фермами, и их нижний пояс используется одновременно в качестве балок перекрытия, тогда расстояние между фермами нужно делать в пределах 60-75 см, чтобы учитывать конструкцию будущего пола.

    Пункт 6. Нагрузки на стропильные узлы Итак, вот основные нагрузки, которые действуют на стропильную систему крыши:

    Статические, куда входит вес самой стропильной системы, вес кровли, лежащего на крыше снега и доборных элементов.

    Динамические, куда входит сила ветра, неожиданные повреждения кровли, вес человека и техники для ремонта и им подобные факторы.

    И все эти факторы способны в определенный момент воздействовать на крышу одновременно, а поэтому и существует такое понятие, как критическое значение. Это именно то значение нагрузок, при котором крыша не выдерживает и деформируется.

    Поэтому, если здание строится со значительными пролетами, то обязательно применяются стальные стропильные фермы. Дело в том, что напряжение в таких стержнях уже отсутствует, и вся нагрузка приходится на узлы – здесь на таковые воздействуют сжимающие и растягивающие силы. А расстояние между такими фермами рассчитывается в зависимости от типа кровли и конструкции самой крыши.

    Обычно, унифицированную ферму ставят с пролетом, кратным шести, и поэтому между узлами фермы делается расстояние, кратным полутора метрам.

    Пункт 7. Вес стропильной системы и кровельного пирога
    Не забывайте, что главное предназначение стропил – удерживать на себе всю крышу, и ее вес при этом имеет решающее значение.

    Пункт 8. Удобство монтажа кровельного покрытия
    Влияет на расстояние между стропилами также такой фактор, как выбранное кровельное покрытие. Чем выше уклон крыши, тем больше кровельных материалов при этом будет использовано. А чем они тяжелее, тем чаще придется ставить под них стропила. А как же сплошная обрешетка? В том-то и дело, что и она имеет свой вес.

    У каждого вида кровли – свой оптимальный шаг стропил. Ведь многие стандартные листы по краям нужно крепить прямо в стропило или обрешетку, и важно, чтобы они совпадали. Иначе работа по покрытию кровли легко превратится в сущий ад на высоте, поверьте.

    Вот почему даже перед началом монтажа нужно обязательно сделать раскладку, все несколько раз проверить. И знать некоторые важные тонкости по каждому из видов покрытий.

    Определение совокупности нагрузок на крышу в целом и стропило в отдельности

    Итак, мы определили, что, помимо других конструктивных факторов, на стропильную систему крыши одновременно действует целая совокупность нагрузок: вес стропильной системы, шапка из снега, давление ветра. После того, как вы сложите все нагрузки вместе, обязательно умножьте их на коэффициент 1,1. Так вы все рассчитаете на неожиданные благоприятные условия, то есть заложить дополнительную 10%-ную процентную прочность.

    А теперь вам остается только разделить общую нагрузку на планируемое количество стропил и посмотреть, справится ли каждое из них со своей задачей.

    Если кажется, что конструкция будет хилой – смело добавьте 1-2 стропила в общее количество, и вы будете спокойны за свой дом.

    Вам необходимо делать расчет на разрушение, т.е. на полную нагрузку, которая действует на крыше.

    Все эти нагрузки определяются по техническим характеристикам материалов и СНиПам.

    Стандартная конструкция крыши – это стропила, решетчатые прогоны, и каждый из этих элементов срабатывает только на ту нагрузку, которая давит именно на него, а не на общую крышу в целом. Т.е.

    на каждое отдельно взятое стропило действует своя нагрузка, общая, но поделенная на количество стропильных ног, и изменением шага их расположения вы изменяете площадь сбора нагрузки на стропила – уменьшая ее, или увеличивая.

    И, если менять шаг стропил вам неудобно, тогда поработайте с параметрами сечения стропильных ног, и общая несущая способность крыши увеличится в разы.

    При этом расчете старайтесь добиться, чтобы самое длинное стропило было у вас в проекте не более шести с половиной метров, в противном случае – сращивайте по длине. Сейчас поясним подробнее.

    Так, на крышах с уклоном скатов до 30 градусов стропила так называемые «сгибаемые элементы». Т.е. они работают именно на изгиб, и к ним есть определенные требования.

    А возможность прогиба стропил рассчитывают по специальной формуле, и, если результат превышает норму, тогда стропила увеличивают по высоте и снова делают новый расчет.

    А вот на крыше с уклоном складов более 30 градусов какие стропила уже считается «сгибаемо-сжатыми» элементами.

    То есть на них воздействует не только равномерно распределенная нагрузка, которая вызывает изгиб стропил, но и усилия, которые уже действуют вдоль оси стропила.

    Говоря простым языком, здесь стропила не только немного прогибаются под весом крыши, но и сдавливаются от конька к мауэрлату. Кроме того, на растяжение необходимо проверить и ригель, который обычно сдерживает две стропильные ноги.

    Как видите, с подобными расчетами справится даже далекий от строительства человек. Главное – все учесть, быть внимательным и готовым потратить немного больше времени на проектирование, чтобы потом вся работа пошла как по маслу!

    Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5c67e242fec61f00b2b8230c/rasstoianie-mejdu-stropilami-principy-i-primery-raschetov-shaga-stropilnoi-sistemy-5c680bdf9d7a9a00aff8c685

Садовод
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: