Правила выполнения расчета стропил односкатной крыши

Характеристики стропильных ног

В различных сооружениях стропильные ноги могут иметь названия накосных или рядовых стропил.

Их размер выбирается из расчета переменных и постоянных нагрузок, которые будут обязательно оказывать влияние на крышу.

Если этого не сделать, то стропила могут получиться непрочными, что приведет к разрушению конструкции кровли.

В крышу дома обязательно должны включаться несущие элементы, основными из которых и считаются стропила.

Их задача принимать на себя всю нагрузку от других частей кровли, а также дополнительную тяжесть в виде атмосферных осадков.

Деревянные стропила чаще всего изготовливают из древесины хвойных пород.

Заготовки обрабатываются специальными составами, которые обеспечивают дереву огнестойкость и защищают его от разных биологических факторов и явлений.

Нагрузки, которые принимают на себя стропильные ноги можно подразделить на постоянные, временные и особые нагрузки.

Постоянные представляют собой вес всей крыши строения, временные нагрузки — это вес ремонтного оборудования, рабочих, снега, ветра и т. п.

Особой нагрузкой на стропила является сейсмическое воздействие.

Конструкции стропильных ног могут быть разными, но особенно выделяют наслонные и висячие.

Основание наслонных стропил – это стены дома.

Их средней части необходимо упираться в специально сооруженные центральные опоры.

Такие стропила устанавливаются там, где имеется капитальная стенка, являющаяся несущей или же на установленные промежуточные опоры — столбы.

Для висячих стропил опорой служит мауэрлат или стены дома.

Установка данных стропил не предусматривает наличие промежуточных опор.

Подобная стропильная система подходит для «легкостенных» строений.

При сооружении кровли возможно комбинирование наслонных и висячих стропил.

Это делается тогда, когда монтируется единая конструкция крыши, состоящая из нескольких пролетов.

Если нет промежуточных опор, крепят висячие стропила, а где они есть, устанавливаются наслонные.

Как вычислить длину стропил двускатной крыши

Жёсткость конструкции стропильной системы является обязательным требованием, и её обеспечение исключает прогиб при воздействии нагрузок. Стропила прогибаются в случае допущенных ошибок в расчётах конструкции и величины шага, с которым устанавливается стропильный брус. В случае, когда данный дефект выявлен после окончания работ, необходимо укрепить конструкцию с помощью подкосов, тем самым вы увеличите её жёсткость. При длине стропильного бруса более 4,5 м применение подкосов является обязательным, так как прогиб будет образовываться в любом случае под воздействием собственного веса бруса

Данный фактор обязательно принимается во внимание при выполнении расчётов

Длина стропил зависит от месторасположения их в системе

Определение расстояния между стропилами

Стандартный шаг, с которым выполняется установка стропил в жилом доме, составляет порядка 600–1000 миллиметров. На его величину влияет:

• расчётная нагрузка;
• сечение бруса;
• характеристика кровли;
• угол наклона крыши;
• ширина материала утеплителя.

Не рекомендуется искусственно уменьшать или увеличивать шаг стропил

Определение необходимого числа стропил происходит с учётом шага, с которым они будут устанавливаться. Для этого:

1. Выбирается оптимальный шаг установки.
2. Длина стены делится на выбранный шаг и к полученному значению прибавляется единица.
3. Полученное число округляется до целого.
4. Повторно делится длина стены на полученное число, тем самым определяется нужный шаг монтажа стропил.

Площадь стропильной системы

При вычислении площади двускатной крыши требуется учитывать такие факторы:

1. Суммарную площадь, которая состоит из площади двух скатов. Исходя из этого определяют площадь одного ската и полученное значение умножают на число 2.
2. В случае, когда размеры скатов различаются между собой, площадь каждого ската находится индивидуально. Суммарная площадь вычисляется сложением полученных значений для каждого ската.
3. В случае, когда один из углов ската больше или меньше 90о, для того чтобы определить площадь ската, его «разбивают» на простые фигуры и вычисляют их площадь по отдельности, а затем складывают полученные результаты.
4. При вычислении площади не учитывается площадь дымоходных труб, окон и вентиляционных каналов.
5. Учитывается площадь фронтонных и карнизных свесов, парапетов и брандмауэрных стен.

Расчёт стропильной системы зависит от типа крыши

Например, дом имеет длину 9 м и ширину 7 м, стропильный брус имеет длину 4 м, свес карниза — 0,4 м, свес фронтона — 0,6 м.

Значение площади ската находится по формуле S = (L_дд+2×L_фс) × (L_c+L_кс), где:

• L_дд – длина стены;
• L_фс – длина свеса фронтона;
• L_c – длина стропильного бруса;
• L_кс – длина свеса карниза.

Получается, что площадь ската равна S = (9+2×0,6) × (4+0,4) = 10,2 × 4,4 = 44,9 м2.

Суммарная площадь крыши составляет S = 2 × 44,9 = 89,8 м2.

Размер двускатной кровли рассчитывают с целью определения требуемого количества кровельного материала. С увеличением угла наклона крыши увеличивается и расход материала. Запас должен составлять порядка 10–15%. Он обусловлен укладкой внахлёст. Для определения точного количества материала с учётом наклона скатов лучше всего использовать справочники.

Основные достоинства односкатных крыш

Несмотря на то что не всем нравится эстетика здания, над которым смонтирована односкатная кровля (хотя сам по себе вопрос – неоднозначный), многие хозяева загородных участков при возведении построек, а иногда даже — и жилого дома, выбирают именно такой вариант, руководствуясь целым рядом достоинств подобной конструкции.

Односкатные кровельные системы подкупают своей понятностью, простотой расчетов и монтажа

• Материалов для односкатной стропильной системы, тем более, если она возводится над небольшой хозяйственной пристройкой, потребуется совсем немного.
• Самой «жесткой» плоской фигурой является треугольник. Именно он лежит в основе практически любой стропильной системы. В односкатной системе этот треугольник – прямоугольный, что существенно упрощает проведение расчетов, так как все геометрические соотношения известны каждому, кто заканчивал среднюю школу. Но эта простота никак не сказывается на прочности и надежности всей конструкции –
• Даже если ведущий самостоятельное строительство владелец участка ни разу ранее не сталкивался с возведением крыши, монтаж односкатной стропильной системы не должен вызвать у него чрезмерных трудностей – он достаточно понятен, не столь сложен. Нередко, при перекрытии небольших хозпостроек или иных придомовых сооружений вполне возможно обойтись не то что без вызова бригады специалистов, но даже и без приглашения помощников.
• При возведении конструкции крыши всегда важна скорость проведения работ, естественно, без потери качества – хочется как можно быстрей обезопасить строение от капризов погоды. По этому параметру односкатная крыша однозначно является «лидером» — в ее конструкции практически нет сложных соединительных узлов, забирающих массу времени и требующих высокоточной подгонки.

Насколько существенны недостатки односкатной стропильной системы? Увы, они есть, и с ними тоже приходится считаться:

Чердака при односкатной кровле или не предполагается вовсе, или он получается настолько маленьким, что о его широкой функциональности приходится забыть.

В подавляющем большинстве случаев односкатная крыша не предполагает наличия «полезного» чердачного помещения

• Исходя из первого пункта – есть определенные сложности в обеспечении достаточной термоизоляции расположенных под односкатной крышей помещений. Хотя, конечно, это можно исправить – ничто не мешает утеплить сам скат кровли или же расположить под стропильной системой утепленное чердачное перекрытие.
• Односкатные крыши, как правило, делаются с небольшим уклоном, до 25?30 градусов. Это влечет за собой два последствия. Во-первых, не все виды кровельных покрытий подойдут для таких условий. Во-вторых, резко возрастает значимость потенциальной снеговой нагрузки, что следует обязательно учесть при проведен расчетов системы. Но зато при таких уклонах значительно снижается влияние ветрового давления на кровлю, особенно если правильно расположить скат – в наветренную сторону, в соответствии с преобладающими ветрами на данном участке местности.

В сети можно отыскать немало проектов жилых домов, в которых основной акцент делается именно на односкатную системы крыши

Еще о4ин недостаток, пожалуй, можно отнести к очень условным и субъективным – это внешний вид односкатной крыши. Он может не прийтись по душе любителям архитектурных изысков, дескать, очень упрощает облик постройки. На это тоже можно возразить. Первое – простота системы и экономичность возведения часто играют все же решающую роль при строительстве подсобных сооружений. А втрое – если посмотреть обзор проектов жилых домов, то можно встретить очень интересные дизайнерские варианты, в которых упор сделан именно на односкатной крыше. Так что, как говорится, о вкусах не спорят.

Этап III. Рассчитываем внутреннее напряжение ферм

Самое важное и ответственное задание – это правильно произвести расчет фермы из профильной трубы и подобрать нужный формат внутренней решетки. Для этого нам понадобится калькулятор или подобное ему другое программное обеспечение, а также некоторые табличные данные СНиПов, которые за это:

• СНиП 2.01.07-85 (воздействия, нагрузки).
• СНиП п-23-81 (данные по стальным конструкциям).

По возможности ознакомьтесь с этими документами.

Форма крыши и угол наклона

Ферма нужна для какой конкретно кровли? Односкатной, двускатной, купольной, арочная или шатровой? Самый простой вариант, конечно же, это изготовление стандартного односкатного навеса. Но и достаточно сложные фермы вы также способны рассчитать и изготовить самостоятельно:

Стандартная ферма состоит из таких важных элементов, как верхний и нижний пояс, стойки, раскосы и вспомогательные подкосы, которые еще называют шпренгелями. Внутри ферм располагается система решеток, для соединения труб используется сварные швы, клепки, специальные парные материалы и косынки.

И, если вы собираетесь изготовить сложную по форме крышу, то такие фермы станут для нее идеальным вариантом. Их очень удобно изготавливать по шаблону прямо на земле, и только потом поднимать наверх.

Чаще всего при строительстве небольшого дачного домика, гаража или бытовки применяются так называемые фермы полонсо – особая конструкция треугольных ферм, соединенных затяжками, и нижний пояс здесь выходит приподнятым.

По сути, в этом случае, чтобы повысить высоту конструкции, нижний пояс делают ломаным, и он тогда составляет 0,23 от длины полета. Для внутреннего пространства помещения очень удобно.

Итак, всего есть три основных варианта изготовления фермы в зависимости от наклона крыши:

• от 6 до 15°;
• от 15 до 20°;
• от 22 до 35°.

В чем разница спросите вы? Например, если угол конструкции будет небольшой, всего до 15°, тогда фермы рационально делать трапециевидной формы. И при этом вполне можно уменьшить вес самой конструкции, беря в высоту от 1/7 до 1/9 от от общей длины полета.

Т.е. руководствуйтесь таким правилом: чем меньше вес, тем больше должна быть высота фермы. А вот если мы вас будет иметь уже сложную геометрическую форму, тогда нужно выбрать другой тип фермы и решеток.

Виды ферм и формы крыши

Вот пример конкретных ферм для каждого вида крыши (односкатной, двускатной, сложной):

Давайте разберемся с видами ферм:

• Треугольные фермы – классика изготовления основы для крутых скатов крыши или навесов. Сечение труб для таких ферм нужно подбирать с учетом веса кровельных материалов, а также эксплуатации самой постройки. Треугольные фермы хороши тем, что обладают простыми формы, просты в расчете и исполнении. Их ценят за подкровельное обеспечение естественным светом. Но отметим и недостатки: это дополнительные профили и длинные стержни в центральных сегментах решетки. А также здесь вам придется столкнуться с некоторыми сложностями при сварке острых опорных углов.
• Следующий вид – полигональные фермы из профильной трубы. Они незаменимы при сооружении больших площадей. Сварка у них уже более сложной формы, а поэтому для облегченных конструкций их не проектируют. Зато такие фермы отличаются большей экономией металла и прочностью, что особенно хорошо для ангаров с большими пролетами.
• Прочной считается также ферма с параллельными поясами. Отличается от других такая ферма тем, что у нее все детали – повторяющиеся, с одинаковой длиной стержней, поясов и решеток. То есть здесь минимум стыков, а поэтому рассчитывать и варить такую из профильной трубы проще всего.
• Отдельный вид – это односкатная трапециевидная ферма с опорой на колонны. Такая ферма идеальна, когда необходима жесткая фиксация сооружения. У нее есть уклоны (раскосы) по боковым сторонам и отсутствуют длинные стержни верхней обрешетки. Подходит для крыш, которым особенно важна надежность.

Проекты домов с односкатной крышей

• 2 комнаты
• 1 санузел

• 87² Общая площадь
• 12 x 12м Площадь застройки

• 5 комнат
• 4 санузла

• 270² Общая площадь
• 17 x 12м Площадь застройки

• 6 комнат
• 5 санузлов

• 444² Общая площадь
• 21 x 19м Площадь застройки

• 3 комнаты
• 2 санузла

• 79² Общая площадь
• 9 x 6м Площадь застройки

• 4 комнаты
• 2 санузла

• 245.74² Общая площадь
• 10 x 16м Площадь застройки

• 2 комнаты
• 1 санузел

• 45² Общая площадь
• 6 x 10м Площадь застройки

• 5 комнат
• 3 санузла

• 344.3² Общая площадь
• 19 x 23м Площадь застройки

• 6 комнат
• 3 санузла

• 186.25² Общая площадь
• 8 x 18м Площадь застройки

• 6 комнат
• 3 санузла

• 192² Общая площадь
• 13 x 13м Площадь застройки

• 5 комнат
• 3 санузла

• 276² Общая площадь
• 18 x 13м Площадь застройки

• 2 комнаты
• 2 санузла

• 117.65² Общая площадь
• 11 x 7м Площадь застройки

• 8 комнат
• 2 санузла

250² Общая площадь

• 3 комнаты
• 2 санузла

• 156.4² Общая площадь
• 18 x 11м Площадь застройки

• 6 комнат
• 2 санузла

• 247.93² Общая площадь
• 14 x 12м Площадь застройки

• 6 комнат
• 3 санузла

• 199² Общая площадь
• 12 x 14м Площадь застройки

• 2 комнаты
• 2 санузла

• 113.2² Общая площадь
• 14 x 11м Площадь застройки

• 3 комнаты
• 2 санузла

• 156.4² Общая площадь
• 18 x 11м Площадь застройки

• 4 комнаты
• 2 санузла

• 141.7² Общая площадь
• 15 x 10м Площадь застройки

• 5 комнат
• 3 санузла

• 279.2² Общая площадь
• 10 x 16м Площадь застройки

• 4 комнаты
• 1 санузел

• 210.5² Общая площадь
• 12 x 13м Площадь застройки

Расчет стропильной системы односкатной крыши

Угол наклона кровельного ската зависит от разницы высоты стен. Для создания перепада высоты стен применяют два способа:

кладку одной из противолежащих несущих стен делают выше;

установка специальных подпорок на одну из несущих стен. Эти подборки служат опорой для верхних концов стропил.

Для правильного расчета стропильной системы односкатной крыши своими руками необходимо учесть все факторы.

Оптимальный угол уклона односкатной кровли составляет 18 – 35 градусов. Для выбора конкретного значения нужно учесть различные факторы.

Важно отметить что, угол уклона кровли напрямую зависит от выбранного кровельного материала:

Рубероид. Представляет собой недорогой рулонный кровельный материал. Угол наклона для рубероида не должен превышать 15 градусов. Стропила должны располагаться часто. Для их изготовления используется брус небольшого сечения, например, 40×40 мм.

Шифер. Недорогой материал с большим весом. Угол наклона для шифера не должен превышать 25 градусов. Сечение бруса для стропильных ног должно быть не менее 60×60 мм. При этом чем больше шаг стропил, тем толще они должны быть. Необходимо заранее продумать процесс складирования и монтажа тяжелых асбоцементных листов. Отверстия под крепежные элементы (гвозди, саморезы) в шиферных листах нужно сделать перед их монтажом.

Профлист и металлочерепица. Сделать стропильную систему под эти материалы легче всего. Стропильные ноги нужно устанавливать с интервалом от 1 до 1,5 метра. Стропила под профнастил делают из брусьев сечением 40×40 мм. Для металлочерепицы необходим брус сечением 70×70 мм, поскольку этот материал является тяжелым.

Следует отметить, что устройство стропильной системы односкатной крыши напрямую зависит от величины горизонтального пролета.

Если горизонтальный пролет не превышает 4,5 метров, то для монтажа металлочерепицы и профлистов достаточно установить наслонные стропила, которые опираются лишь на стены.

схема стропильной системы односкатной крыши

Стропильные ноги необходимо усилить треугольными подкосами с низкой стороны кровли при величине проема до шести с половиной пролет превышает 6,5 метров, то в серединной части чердачного пространства нужно устанавливать капитальные вертикальные балки.

Все необходимые расчеты можно выполнить вручную. Однако намного удобнее это сделать с помощью специальных программ.

В разработанном проекте следует отразить:

Сечение, шаг и размеры элементов;

Схемы изготовления узлов кровельной конструкции.

Выводы

Рассчитывая шаг или более сложного сооружения, необходимо иметь в виду:

• производить расчет лучше «с запасом», поскольку увеличение нагрузки на несущие конструкции все же лучше, чем обрушение крыши в результате недостаточной прочности стропильной системы;
• принимая тяжелые кровельные материалы (керамическую черепицу, цементно-песчаную черепицу) лучше сразу брать в памятке следующее сечение стропил или уменьшать величину шага до предыдущего значения. В любом случае необходимо проверить правильность выбора прикидочным расчетом;
• принимая утепление под профлист или под металлочерепицу, стоит помнить о необходимости не только теплоизоляции, но и защиты от шума – в противном случае стук дождя или града по крыше способен свести «на нет» весь комфорт проживания. Небольшое увеличение нагрузки на стропильную систему в этом случае оправдано.