Нажмите "Enter" для пропуска содержимого

Калькулятор стропил. Нагрузки, сечение, геометрия.

Определение сечения стропилин

Стропильные ноги крыш различной крутизны выполняют неоднозначную работу. На стропила пологих конструкций действует в основном изгибающий момент, на аналоги крутых систем к нему добавляется еще сжимающее усилие. Потому в расчетах сечения стропил обязательно учитывается наклон скатов.

Этапы расчета двухскатной крыши

Все работы состоят из нескольких этапов, каждый оказывает большое влияние на устойчивость и долговечность эксплуатации конструкции.

Расчет параметров стропильных ног

На основании полученных данных определяются линейные параметры пиломатериалов и шаг ферм. Если нагрузки на стропила очень большие, то для равномерного их распределения устанавливаются вертикальные или угловые упоры, расчеты повторяются с учетом новых данных. Меняется направление воздействия усилий, величина крутящих и изгибающих моментов. Во время расчетов должны учитываться три вида нагрузок.

  1. Постоянные. К этим нагрузкам относится вес кровельных материалов, обрешетки, утеплительных слоев. Если чердачное помещение эксплуатируемое, то следует принимать во внимание массу всех отелочных материалов внутренних поверхностей стен. Данные по кровельным материалам берутся из их технических характеристик. Легче всех металлические кровли, тяжелее всех натуральные сланцевые материалы, керамическая или цементно-песчаная штучная черепица.

    Нагрузки, действующие на здание

    Нагрузки, действующие на здание

  2. Переменные нагрузки. Самые сложные для расчетов усилия, особенно в настоящее время, когда климат резко меняется. Для расчетов по-прежнему берутся данные со справочников СНиПа устаревшего образца. Для его таблиц применялись сведения пятидесятилетней давности, с этих пор значительно изменилась высота снежного покрова, сила и преобладающее направление ветра. Снеговые нагрузки могут в разы превышать имеющиеся в таблицах, что оказывает весомое влияние на достоверность расчетов.
    Расчётная снеговая нагрузка

    Расчётная снеговая нагрузка

    Причем высота снега изменяется не только с учетом климатической зоны, но и в зависимости от расположения дома по сторонам света, рельефа местности, конкретного места расположения здания и т. д. Такими же недостоверными являются и данные о силе и направлении ветра. Архитекторы нашли выход из этой сложной ситуации: данные берут из старевших таблиц, но для страховки надежности и устойчивости в каждой формуле применяют коэффициент запаса прочности. Для ответственных стропильных систем на жилых зданиях норматив составляет 1,4. Это значит, что все линейные параметры элементов системы увеличиваются в 1,4 раза и за счет этого повышается надежность и безопасность эксплуатации конструкции.

    Нагрузки на кровлю берут из таблиц, но с поправочн

    Нагрузки на кровлю берут из таблиц, но с поправочным коэффициентом

    Фактическая нагрузка от ветра равняется показателю в регионе расположения строения, умноженному коэффициент поправки. Поправочный коэффициент характеризует особенности расположения здания. По такой же формуле определяется и максимальная снеговая нагрузка.

    Ветровая нагрузка на крышу

    Ветровая нагрузка на крышу

  3. Индивидуальные нагрузки. К этой категории относятся специфические усилия, влияющие на стропильную систему двухскатной крыши во время землетрясения, торнадо и иных природных катаклизмов.

Конечные значения определяются с учетом вероятности одновременного действия всех вышеперечисленных нагрузок. Размеры каждого элемента стропильной системы рассчитываются с применением коэффициента запаса прочности. По такому же алгоритму проектируются не только стропильные ноги, но и перемычки, упоры, растяжки, прогоны и прочие элементы крыши.

Общие советы для расчета крыши

Перед началом работ следует нарисовать эскиз стропильной системы с указанием размеров и конкретного места установки дополнительных упоров. Этот эскиз можно менять во время проведения расчетов и подбирать наиболее оптимальные варианты.

Перед началом работ следует нарисовать эскиз строп

Перед началом работ следует нарисовать эскиз стропильной системы

Чем больше крыша имеет отдельных нагруженных узлов, тем значительнее запас по прочности рекомендуется использовать. Дело в том, что в каждом новом узле могут возникать проблемы, их следует предусматривать и минимизировать на стадии проектирования здания.

Расчет угла наклона скатов

От этой величины зависит распределение вертикальных и горизонтальных усилий. Во время расчетов все силы, действующие на чердачные перекрытия и стропильную систему, разбиваются на строго горизонтальные и строго вертикальные. Только эти проекции принимаются во внимание. Каждая сила действует на деревянные элементы в продольном и поперечном направлении.

Расчет угла наклона крыши

Расчет угла наклона крыши

Угол наклона скатов зависит от технических параметров используемых кровельных материалов. Есть одна общая аксиома – чем больше угол, тем меньше вертикальные нагрузки на стропильную систему. Но с увеличением этого параметра возрастает парусность крыши, увеличивается влияние ветра на устойчивость стропильной системы.

Расчет шага стропил

Для неутепленных крыш никаких общих правил не существует, шаг между стропилами определяется исходя из оптимальных параметров стропилин. Если они изготовлены из пиломатериалов больших размеров, то шаг увеличивается, если размеры незначительны, то стропильные ноги располагаются ближе. За счет такого подхода удается сэкономить финансовые средства на стоимости строительных материалов для возведения стропильной системы двухскатной крыши.

В случае планирования жилых чердачных помещений шаг стропильных ног строго регламентируется. Расстояние зависит от ширины используемых утеплителей, но в большинстве случаев оно равняется 56–58 см.

Шаг и длина стропил

Шаг и длина стропил

Расчет дины стропильных ног

Есть два алгоритма действий, решение принимается с учетом максимального количества индивидуальных факторов.

  1. За исходные данные принимается угол наклона скатов. В этом случае неизвестной является не только длина стропильных ног, но и максимальная высота чердачного помещения. Во время расчета используется теорема Пифагора, длина стропил и высота вертикальных упоров в месте конька рассчитываются отдельно.
  2. Длина стропильных ног есть в исходных данных, необходимо узнать высоту стропильной системы. Расчет несколько упрощается. Вначале следует определить угол наклона у стропилин такой длины на конкретном здании, а потом уже узнается высота стропильной системы.

Какие факторы влияют на сечение стропилин

Главный фактор – нагрузка. Об этом мы уже писали, упоминали, как она находится, какая бывает и от чего зависит. Исходя из максимальной расчетной нагрузки, проектировщики определяют параметры сечения элементов стропильной системы.

  1. Геометрия сечения. В науке сопротивления материалов есть несколько фундаментальных законов, которые позволяют определять оптимальные размеры нагруженных элементов. За счет этого существенно уменьшается сметная стоимость стропильной системы. К примеру, брус 100×100 мм выдерживает намного меньшие усилия на изгиб, чем доска 50×100 мм, хотя объем дорогостоящих пиломатериалов у него в два раза больше.
    Брус 100×100 мм

    Брус 100×100 мм

    Доска обрезная 100х50 мм

    Доска обрезная 100х50 мм

    Фундаментальные закономерности влияют и на точное место установки дополнительных упоров, угол наклона и материал их изготовления.

  2. Длина ноги, шаг стропилин и вид древесины. Определение сечения бруса делается только после того, как все исходные данные уже известны.

    Вид древесины и сортность — важные факторы,

    Вид древесины и сортность — важные факторы, которые учитывают при расчетах

Для облегчения расчетов архитекторам предлагаются готовые таблицы с указанием зависимости сечения от шага и длины.

Расчет стропильной системы при помощи специального калькулятора

В сети есть бесплатные калькуляторы, которые значительно упрощают процесс создания схемы и расчета стропильной системы. С их помощью можно узнать количество, расположение и размеры элементов стропильной системы. Сразу оценивается объем пиломатериалов, необходимых для сборки конструкции.

Важно. Объем вычисляется без запаса на непредвиденные отходы. Во время приобретения следует иметь в виду существующую особенность и примерно на 5–10% увеличивать объем.

Калькулятор после завершения расчетов позволяет получать такие сведения:

  • чертеж стропильной конструкции с указанием размеров отдельных элементов. Количество пиломатериалов для изготовления каждого номенклатурного наименования. Задаются исходные данные, а программа самостоятельно выполняет все математические действия;

    Параметры элементов в калькуляторе

    Параметры элементов в калькуляторе

  • трехмерная проекция стропильной системы. Есть возможность изменять пространственное положение конструкции и лучше понимать назначение каждого узла. Трехмерный чертеж дает возможность увидеть места соединения всех деталей, узнавать, насколько точно рассчитана их длина, как делаются соединения.
    Трехмерная проекция

    Трехмерная проекция

    Можно посмотреть отдельно каждый узел

    Можно посмотреть отдельно каждый узел

Вкладка «Скачать» сохраняет результаты расчетов стропильной системы двухскатной крыши. Тип файла выбирает пользователей, для скачивания результатов сайт требует регистрации. Она полностью бесплатна и отнимет всего несколько минут.

Вкладка «Скачать»

Вкладка «Скачать»

При помощи вкладки «Виджет» можно сразу отправлять расчеты на собственный сайт или по иному указанному электронному адресу. Еще одна полезная функция – есть возможность разместить такой же калькулятор на своем сайте и в дальнейшем делать все расчеты на нем.

Вкладка «Справка» перенаправляет на страницу, где указаны требования к исходным данным для проведения расчетов стропильной системы.

В калькуляторе можно заранее посмотреть на схеме в

В калькуляторе можно заранее посмотреть на схеме все условные обозначения величин

Для того чтобы не допускать ошибок, необходимо изучить пошаговую инструкцию пользования. Как делать расчеты?

Шаг 1. Перейдите на первую вкладку «Чертежи», укажите, в каких единицах будут даны размеры элементов стропильной системы, тип кровельных покрытий, высоту конька крыши и размеры соединительных узлов. Программа подберет материалы изготовления обрешетки, подсчитает длину стропилин, выберет оптимальные методы соединения различных узлов. Справочный раздел сайта имеет все подсказки не только по линейным значениям соединений, но и по возможным в данном конкретном случае типам. Это очень удобный и функциональный раздел, значительно облегчает принятие правильного решения на начальном этапе проектирования и расчета стропильной системы двухскатной крыши.

Нужно указать параметры (слева)

Нужно указать параметры (слева)

Шаг 2. Введите размеры дома, толщину фасадных стен и размеры мауэрлата. Сайт потребует указать характеристики стропильных ног. Их толщина в большинстве случаев 50 мм, а ширина зависит от того, какой будет крыша – теплой мансардной или обыкновенной холодной.

Ввод параметров

Ввод параметров

Для теплой крыши надо дать размеры утеплителя, технические характеристики паро- и гидроизоляции. С учетом вида материалов для кровли выбирается тип и шаг обрешетки.

Шаг 3. Включите функцию «Расчет».

Придется несколько секунд подождать, пока программа обработает введенные данные и выдаст готовые результаты. Появится чертеж конструкции стропильной системы двускатной крыши указанием всех размеров стропилин, подробной детализацией узлов соединения. Есть рабочий чертеж каждой ноги, ее место установки и форма запилов для соединения с мауэрлатом и в коньке.

Расчетные данные

Расчетные данные

Пользователь может подробно рассмотреть модель крыши дома в 3D изображении. При помощи мыши модель вращается в любую сторону, увеличивается и уменьшается масштаб.

Модель можно вращать

Модель можно вращать

Вид элементов после расчета, просмотр в 3D

Вид элементов после расчета, просмотр в 3D

Практический совет. Программа дает возможность изменить высоту конькового элемента уже на готовой модели. Эта функция намного облегчает выбор вариантов крыши с учетом дизайнерского вида. Проектировщик следит, как меняется внешний вид дома в зависимости от колебаний высоты стропильной системы, несколько раз вводит новые данные для выбора оптимального варианта. Все остальные размеры и расчетные данные в автоматическом порядке изменяются с учетом различных данных по высоте.

Шаг 5. После выбора окончательного варианта нужно вернуться на вкладку «Чертежи» и ознакомиться с результатами расчетов по каждому отдельному элементу стропильной системы.

Просмотр результата расчета

Просмотр результата расчета

Описание расчета

Описание расчета

Очень важно, что даются не только размеры для изготовления элементов, но и объемы пиломатериалов для полного строительства крыши. Мы уже упоминали, что это чистые значения, они не учитывают количество неизбежных непродуктивных отходов. Программа обрабатывает самые простые конструкции двухскатных крыш, на практике их придется совершенствовать, монтировать различные прогоны, вертикальные и угловые стойки.

Результат во вкладке «Чертежи»

Результат во вкладке «Чертежи»

Это самая простая программа для расчетов стропильной системы. Профессиональные архитекторы для работы пользуются усовершенствованными, они имеют намного больше возможностей и функций, учитывают все исходные данные, обладают расширенным справочным отделом с указанием строительных стандартов и отраслевых нормативных актов.

Стропильная система и обрешетка крыши в разрезе нагрузок

В данном пункте рассмотрена очередная составляющая постоянных нагрузок — вес стропильной системы и обрешетки. И прежде чем приступать к раскрытию вопроса, следует выделить основные элементы стропильной системы крыши:

1) Стропильная нога — важная часть стропильной системы на которой крепится обрешетка. Сечение стропильной ноги зависит того из чего она изготовлена, веса обрешетки и кровельного материала, а так же возможных снеговых и ветровых нагрузок.
2) Коньковый прогон — это формирующий верхнюю часть крыши брус, на который упираются стропильные ноги.
3) Стойка — это опирающиеся на лежни столбики, которые удерживают коньковый прогон.
4) Подкос — диагональный конструкционный элемент, предназначенный для соединения стропил и передачи от них напряжений сжатия.
5) Лежень — горизонтально расположенное бревно (брус), подложенное под основные элементы стропильной системы.
6) Мауэрлат — элемент из бруса (бревна), уложенный сверху в тех частях наружной стены, где происходит опирание стропил.
7) Обрешетка — решетчатая конструкция поверх стропил, усиливающая пространственную структуру крыши и являющаяся основанием для крепления кровельного материала.

Раскрывая вопрос нагрузок от кровли в разрезе стропильной системы особое внимание стоит уделить подбору сечения, шага стропил и обрешетки. С задачей определения оптимальных параметров стропильных ног справится простая в использовании программа «Стропила 1.0.1.». Поэтому далее более детально будет рассмотрена тема обрешетки крыши.

Чтобы определить требуемый вид и шаг обрешетки, необходимо заранее определиться с видом кровельного покрытия:

  • Обрешетку для металлочерепицы монтируют из брусков 40 (50) × 50 мм или 60 × 60 мм, которые укладываются на определенном расстоянии друг от друга. Обычно шаг обрешетки составляет 35 — 40 см (зависит от длины волны).
  • Для битумной черепицы или рулонного кровельного материала делается сплошной настил из досок, влагостойкой фанеры или влагостойкой ориентированно-стружечной плиты (ОСП, OSB).
  • Под кровли из крупноразмерного асбесто-цементного шифера шаг обрешетки подбирается так, чтобы под каждым листом оказалось как минимум три решетины (обычно шаг обрешетки составляет 60 см).
  • Под волнистые битумные листы (ондулин) шаг обрешетки выбирается в зависимости от уклона: 45 см для уклонов от 1 : 6 до 1 : 4, 60 см для уклонов более 1 : 4, сплошная обрешетка для уклонов менее 1 : 6.
  • Под кровли из малоразмерных штучных элементов (керамическая черепица) шаг обрешетки принимается таким, чтобы каждая черепица ложилась на две решетины.

Шаг стропил, ммТолщина фанеры, ммТолщина OSB, ммТолщина досок, мм
600121220
900181823
1200212130
1500272737

Древесина обрешетки перед монтажом должна быть высушена, иначе стропильная конструкция может подвергнутся деформации и порче кровли.

Ветровая нагрузка на кровлю

Направление преобладающего ветра определяется по розе ветров для конкретного региона строительства. Данная информация важна, так как:

  • При боковом давлении ветра воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания. У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, а другая — по касательной ударяет в карнизный свес.
  • Ветровой поток, воздействующий скат крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает воздух с подветренной стороны и устремляется прочь.

В итоге на крыше возникают три силы, способные сор

В итоге на крыше возникают три силы, способные сорвать ее и опрокинуть:

  • Две касательные с наветренной стороны.
  • Подъемная сила с подветренной стороны, образующаяся от разности давлений воздуха.
  • Еще одна сила (нормальная) от давления ветра воздействует перпендикулярно склону и старается вдавить скат крыши внутрь.

В зависимости от угла скатов нормальные и касательные силы изменяют свое значение. Чем круче крыше, тем большее значение принимают нормальные силы и меньшее касательные. Высокую крышу ветер старается опрокинуть.

На пологих влияние сил изменяется и преобладают ка

На пологих влияние сил изменяется и преобладают касательные силы. Пологую крышу ветер старается приподнять, сорвать и унести.

Нормативное значение средней составляющей ветровой

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки (Wm) определяется по формуле:

Wm = Wo × k(z) × c, где:

  • Wo — расчетное значение ветрового давления по карте районирования территории.
  • k(z) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для конкретных высот(z).
  • — аэродинамический коэффициент, учитывающий изменение направления давления нормальных сил в зависимости от того, с какой стороны находится скат по отношению к ветру (подветренной или наветренной).

Рассмотрим каждую составную часть формулы и начнем с районирования территории по давлению ветра:

Таблица определения ветровой нагрузки местности:

Таблица определения ветровой нагрузки местности:

Ветровой районВетровая нагрузка Wo, кгс ⁄ м² (кПа)
Ia17 (0,17)
I23 (0,23)
II30 (0,3)
III38 (0,38)
IV48 (0,48)
V60 (0,6)
VI73 (0,73)
VII85 (0,85)

Коэффициент k, учитывающий изменение ветрового давления по высоте z, определяется по следующей таблице:

Высота z, мКоэффициент k для типов местности
АВС
≤ 50,750,50,4
101,00,650,4
201,250,850,55
401,51,10,8
601,71,31,0
801,851,451,15
1002,01,61,25
1502,251,91,55
2002,452,11,8
2502,652,32,0
3002,752,52,2
3502,752,752,35
≥ 4802,752,752,75

Расшифровка типов местности:

  • А — открытые побережья морей, озер и водохранилищ. пустыни, степи, лесостепи, тундра.
  • В — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м.
  • С — городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м.

Значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки для участков крыши:

УклонFGHIJ
При ветре в скат крыши
15°-0,9; 0,2-0,8; 0,2-0,9; 0,2-0,4-1,0
30°-0,5; 0,7-0,5; 0,2-0,9; 0,2-0,4-0,5
45°0,70,70,6-0,2-0,3
60°0,70,70,7-0,2-0,3
75°0,80,80,8-0,2-0,3
При ветре во фронтон
-1,8-1,3-0,7-0,5
15°-1,3-1,3-0,6-0,5
30°-1,1-1,4-0,8-0,5
45°-1,1-1,4-0,9-0,5
60°-1,1-1,2-0,8-0,5
75°-1,1-1,2-0,8-0,5

Знак «+» у аэродинамических коэффициентов определяет направление давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «-» — от поверхности (отсос).

Наглядно расшифруем участки крыши F, G, H, I, J:

e в представленной выше схеме берется равным наименьшему значению b или 2h.

Подведем итог. Стропильная система крыши должна рассчитываться с учетом неблагоприятного сочетания нагрузок. Что это значит? Нужно закладывать в анализ максимальное количество снега на тяжелой черепичной кровле, сильный ветер, возможность перемещения по кровле людей с весом выше среднего. Все эти нагрузки суммируются и умножаются на коэффициент надежности 1,1 (дополнительные 10% прочности).