Расстояние между стропилами: принципы и примеры расчетов шага стропильной системы

Стропильная система мансардной крыши

Большинство частных домов имеет эксплуатируемое подкровельное пространство, называемое мансардой. Такая конструкция отличается увеличенной высотой ската, что вызвано необходимостью создания жилого помещения удобной высоты. Как правило, скаты мансардной крыши ломаные, имеющие изменяющийся угол уклона. Для их установки применяют двойную стропильную систему.

Крутизна нижних полускатов мансардной крыши значительно превышает наклон верхних их продолжений. Плоскостная нагрузка, воспринимаемая ими, не велика. Благодаря этому стропила в нижней части могут устанавливаться с максимальным шагом. Верхние коньковые скаты рекомендуется монтировать с уменьшенным промежутком друг от друга.

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 большую шапку снега, постоянный ветер на высоте, 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:

Krysha171301.jpg

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.

От чего зависит шаг между стропилами

Ошибки в строительстве приводят к печальным последствиям. Обрушение крыши — одно из них. Чтобы избежать подобного, на стадии проектирования проводится расчет с учетом всех действующих нагрузок.

screenshot_18-5.jpg
Схема распределения нагрузок стропильной системы на дом

Стропила представляют собой наклонные балки, свободно лежащие на двух опорах — мауэрлате и коньке. Они воспринимают нагрузку с грузовой площади, расположенной между двумя стропильными ногами. Как правило, они укладываются с шагом 0,7-1,5 м. Сверху монтируется настил (обрешетка), к которому крепится кровельное покрытие.

screenshot_11-8.jpg

Чем уже шаг, тем меньше грузовая площадь, соответственно и нагрузка на одно стропило, и наоборот. При расчете нужно добиться соотношения, при котором обеспечивается оптимальное нагружение конструкций, но отсутствуют недопустимые деформации.

Расчет по прочности и деформациям

Для стропила как свободно опертой балки длиной, равной пролету между опорами, находится максимальный изгибающий момент от равномерно распределенной нагрузки. Далее определяется действующее напряжение в самом нагруженном сечении. Оно должно быть меньше расчетного сопротивления изгибу для дерева применяемой породы.

screenshot_15-5.jpg

Если это условие выполняется, проверяются деформации. Они не должны превышать 1/200 длины пролета. В этом случае шаг и сечение стропил удовлетворяет всем заданным требованиям.

screenshot_12-7.jpg

Если какое-либо условие не соблюдается, нужно уменьшить шаг, увеличить сечение балки или применить сразу оба действия. Можно отталкиваясь от необходимого расстояния между стропилами, например под укладку утеплителя, обратным вычислением найти требуемые геометрические параметры сечения.

Для теплых кровель высота сечения стропильной ноги должна быть не менее толщины теплоизолятора, требуемой по теплотехническому расчету для конкретной местности. В умеренных широтах она составляет 200 мм (для минеральной ваты). Даже если по расчету требуется меньшая высота сечения стропил, ее не изменяют. Это позволит избежать установки дополнительных конструкций для закрепления утеплителя. Плиты минеральной ваты просто вставляются между балками, где они удерживаются силами упругого распора.

Как рассчитать нагрузки

Нагрузки могут быть постоянными или временными:

  • Постоянные — это собственный вес кровли, всех ее конструкций, покрытий, изоляции и т.д.
  • Временные — от переносного оборудования, людей, ремонтных материалов, снега, ветра.

При расчете учитывается также действие особых нагрузок — сейсмических, взрывных, в результате пожара или природных катаклизмов. Постоянные, временные и особые нагрузки могут сочетаться, поэтому их суммируют, применяя коэффициенты сочетания. Нагрузки и воздействия, в том числе связанные с климатическими явлениями, определяются по СП 20.13330.2016.

Постоянная

Нагрузка рассчитывается целиком на всю кровлю или на 1 кв.м. К постоянным относятся:

  • Вес кровельного покрытия, который можно найти в техническом описании или узнать у производителя. Она указывается в кг/м².

screenshot_1-10.jpg

Вес обрешетки, который для разных кровельных материалов может быть в пределах 15-25 кг/м². Это зависит, сплошной будет настил или разреженный.</li>Утеплитель с изоляцией весит приблизительно 10-20 кг/м². Если теплоизоляция не предусматривается, то ее не учитывают.</li>Вес самих стропильных ног. Поэтому сразу задаются их параметры, которые определяются из геометрических характеристик кровли и рекомендуемого соотношения поперечного сечения к длине.</li></ul>

screenshot_2-9.jpg

Чтобы найти вес всех стропил, плотность древесины умножается на объем одной балки, а затем на их количество. Предварительно нужно знать площадь сечения одного стропила и его длину, а также породу конкретного дерева.

Просуммировав все постоянные нагрузки, необходимо скорректировать полученное значение с повышающим коэффициентом надежности 1,1. Затем эту величину нужно поделить на общую площадь кровли и умножить на грузовую площадь. Это и есть постоянная нагрузка на 1 стропило.

Снеговая нагрузка

Для определения снеговой нагрузки нужно найти нормативный вес снежного покрова по СП 20.13330.2016 для своего региона. Как почистить крышу от снега мы писали тут.

Он указан для горизонтальной поверхности земли. Для перехода на наклонную проекцию нужно учитывать коэффициент µ, который определяется в зависимости от угла ската:

  • если наклон меньше или равен 30°, то µ=1;
  • при значениях угла от 30 до 60° µ находится в пределах от 0 до 1 (определяется интерполяцией);
  • для крутого уклона более 60° µ=0, т.е. снеговая нагрузка не учитывается совсем.

Далее снеговая нагрузка корректируется с учетом коэффициента надежности, который составляет не менее 1,4. Повышение на 40% позволяет сделать запас по прочности на случай экстремального накопления снега.

Ветровая

Воздействие ветра на кровлю зависит от факторов:

  • формы и высоты здания;
  • угла наклона скатов;
  • региона;
  • характера окружающей застройки.

Ветровая нагрузка согласно СП классифицируется на основную, пиковую, резонансную и аэродинамическую. При проектировании частных домов можно упростить достаточно сложные расчеты применением коэффициента k, учитывающего изменение давления ветра по высоте и аэродинамического коэффициента с, который принимается по максимуму как 0,8.

Для определения нормативной нагрузки необходимо узнать свой ветровой регион, который может быть от I до VII.

Нормативная нагрузка в зависимости от типа местности и высоты сооружения корректируется коэффициентом k, а также аэродинамическим коэффициентом с.

Коэффициент k может быть как понижающим, так и повышающим. В открытом поле при высоте дома более 10 м он максимальный и составляет 1,25, а в плотной городской застройке для зданий до 10 м он минимальный — всего 0,4.

Аэродинамический коэффициент с определяется в зависимости от угла наклона ската и направления средней скорости ветра. По таблицам приложения СП находится значение для каждого участка кровли как с наветренной, так и подветренной стороны. Далее в расчет включается его максимальное значение коэффициента.

После умножения нормативного давления ветра на все коэффициенты используется повышающий коэффициент надежности 1,4. Он увеличивает расчетную нагрузку для заложения необходимого запаса прочности.

Сочетание нагрузок

Постоянные и временные нагрузки никогда не действуют одновременно. Нужно найти наиболее вероятное их сочетание. Как правило, используются понижающие коэффициенты от 0,3 до 0,8.

Но в случае расчета стропил такими условностями можно пренебречь и просуммировать постоянную нагрузку с временной. После умножения на грузовую площадь можно приступать к проверке правильности назначенного шага и сечения.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий