Для зданий небольшой высотности отлично подойдет стропильная кровля. Она украсит фасад дома, а при достаточном уклоне снег на такой кровле не скапливается, в отличие от плоской конструкции.

Одна из разновидностей стропильной кровли – двускатная . Это достаточно простая система, которая образуется двумя скатами. Скат кровли – это вся наклонная плоскость, при помощи которой обеспечивается водосток.

Конструкция опирается на две параллельные стены. Такая кровля образует два треугольных боковых фронтона. Фронтон – это завершение фасада здания.

Достоинства двускатной системы

1. Простота проектирования .
   Расчёт несущей способности и необходимых материалов для устройства такой кровли достаточно прост, так как вариантов типов и размеров несущих конструкций немного;
2. Простота монтажа .
   Двускатная кровля не имеет сложных конструктивных элементов. Малое количество типоразмеров позволяет быстрее установить все элементы кровли;
3. Удобство эксплуатации .
   Чем меньше различных изломов имеет крыша, тем надёжнее она защищает жилище. В самом простом исполнении двускатная крыша имеет всего один излом – конёк. Такую кровлю проще ремонтировать в случае появления дефектов;
4. Свободное пространство .
   Для обустройства мансарды предпочтительнее двускатная кровля, так как она меньше “съедает” пространство. Для сравнения, рассмотрим дом 6х6 м с мансардой. У наружных стен высота от пола помещения до кровли 1.5 м, у конька – 3 м. Для двускатной кровли при таких условиях объём помещения составит 81 м.куб, а для вальмовой, имеющей четыре ската, 72 м.куб. Для больших размеров здания потери в объёме будут увеличиваться.

Типы конструкций

Существуют четыре основных типа двускатных кровель:

1. Симметричная .
   Надёжна, устойчива, проста в исполнении, в основе лежит равнобедренный треугольник;
2. Несимметричная .
   Конёк располагается не по центру, скаты кровли имеют разные уклоны;
3. Ломаная симметричная .
   Скаты кровли имеют излом. Значительно увеличивает высоту помещения;
4. Ломаная несимметричная .
   Чердачное или мансардное помещение получается меньше, чем в предыдущем случае. Крыша имеет очень необычный внешний вид.

Выбор типа двускатной кровли зависит от назначения помещения, расположенного непосредственно под ней и архитектурного облика здания.

Общие принципы расчёта стропильной системы

Самыми важными несущими частями стропильной системы двухскатной кровли здания являются мауэрлат, ригель и стропила. Мауэрлат работает на сжатие, поэтому его сечение можно взять условно.

Ригель и стропильные ноги испытывают на себе изгибающий момент.

Расчёт таких конструкций производится по прочности и по жёсткости. Для небольших зданий можно выбрать их сечение приблизительно, но для серьёзных построек, в целях безопасности и экономии материала расчёт стропильной системы должен выполнить профессионал.

Нагрузка от собственного веса кровли

Чтобы выполнить расчёт необходимо знать нагрузку на 1 м.кв. кровли.

Для этого нужно сложить массы 1 м.кв. всех кровельных материалов:

1. подшивка (если она есть, чаще всего выполняется из гипсокартона);
2. стропильные ноги . Чтобы посчитать какой вес стропил приходится на квадратный метр кровли нужно найти массу погонного метра стропильной ноги и разделить это число на шаг стропил в метрах. Для расчёта можно принять приблизительное сечение стропила, площадь этого сечения необходимо умножить на плотность древесины;
3. утеплитель (если он есть) . Плотность утеплителя должна быть указана производителем, её необходимо умножить на толщину;
4. обрешётка . Для обеспечения запаса в расчёт можно брать сплошную обрешётку. Например, 1 м.кв. обрешётки из доски толщиной 32 мм будет весить приблизительно 25 килограмм;
5. кровельный материал. Масса 1 м.кв. покрытия обычно указывается производителем.

Снеговая нагрузка

Снеговая нагрузка для каждой местности своя и равняется весу снегового покрова на горизонтальной плоскости.

На территории России она может принимать значения от 80 до 560 килограмм на метр квадратный. В интернете можно легко найти карту распределения снеговой нагрузки и выбрать нужное число исходя из района строительства.

Угол наклона кровли

Угол наклона кровли достаточно легко рассчитать, зная геометрию и имея под рукой инженерный калькулятор или стандартный калькулятор на персональном компьютере.

Если разделить высоту подъема кровли на расстояние от конька до карниза в плане, получается уклон кровли в долях или тангенс угла наклона. Для того чтобы вычислить угол, достаточно лишь найти арктангенс.

Если использование инженерного калькулятора вызывает затруднения, арктангенс можно найти с помощью калькулятора онлайн.

Расчёт шага стропил

Шаг стропил мансардной кровли следует выбирать из соображений удобства монтажа утеплителя. Маты обычно имеют ширину 60 сантиметров, поэтому шаг стропил стоит выбирать так, чтобы расстояние между ними в чистоте составляло 58 или 118 сантиметров. Два сантиметра позволят установить плиты утеплителя очень плотно, что позволит ему держаться между стропилами и улучшит теплоизоляцию.

Длина стропильной ноги

Длину ноги легко вычислить по формуле:
L / cosα ,
здесь L – это расстояние от конька крыши до внутренней поверхности наружной стены в плане, а cosα – это косинус угла наклона кровли. При жёстком креплении нужно прибавить величину врубки.

Сечение стропильной ноги

Сечение стропильной ноги нужно подбирать кратным размеру досок и бруса.

Пример простого расчёта сечения стропильной ноги:

1. находим нагрузку на 1 погонный метр стропила.
   q = (1.1*масса 1 м.кв. кровли*cosα + 1.4*нормативная снеговая нагрузка* cosα2)* шаг стропил;
2. находим W .
   W = q*1,25*полёт стропил/130;
3. решаем уравнение:
   W = b*h2/6.
   В этом уравнении b – ширина сечения стропильной ноги, а h–высота.

Для решения нужно задаться шириной и найти высоту, решив простое квадратное уравнение. Ширину можно назначать 5 см, 7.5 см, 10 см, 15 см. При небольших пролётах ширина 15 см нецелесообразна.

Для расчета стропильных систем существуют всевозможные таблицы, программы, онлайн калькуляторы.

Основные элементы кровли

Основными элементами двускатной, как и любой другой стропильной кровли, являются:

Стропильная крыша с мансардой

Чтобы полностью использовать пространство под крышей можно спроектировать мансарду.

Мансардный этаж – это этаж в чердачном пространстве. Фасад мансарды полностью или частично образуется поверхностями крыши. Согласно нормативным документам, чтобы помещение считалось мансардой, линия пересечения плоскости крыши и наружной стены не должна находиться выше, чем 1.5 м от уровня пола. Если это требование не выполнено, пространство будет считаться обычным этажом.

Кровля мансардного этажа отличается от кровли чердачного наличием в своей конструкции утеплителя. Чаще всего для утепления мансардной крыши используются минераловатные плиты.

Освещение мансардного пространства может осуществляться тремя способами:

1. оконные проёмы во фронтонах;
2. слуховые окна;
3. мансардные окна.

Слуховое окно – это оконная конструкция, которая имеет каркас, монтируемый одновременно со стропильной системой. Этот каркас выполняется из дерева. Слуховое окно имеет собственную маленькую крышу, которая может быть двускатной или цилиндрической. Сам стеклопакет устанавливается вертикально.

Мансардное окно – это окно, специально предназначенное для использования на стропильной кровле. Оно устанавливается в плоскость ската в наклонное положение. Мансардное окно должно выдерживать расчётную снеговую нагрузку. Лучше не использовать такой тип окон в кровлях с небольшим уклоном.

Выбор материала кровли

После того, как определен внешний вид кровли, можно приступить к выбору материала. Существует несколько видов современных покрытий. В списке, приведённом ниже, варианты материалов приведены в порядке убывания средней рыночной стоимости.

1. Керамическая черепица.
   Керамика, как материал кровли, имеет долгую историю. Керамическая крыша надёжна и долговечна. Минусами этого материала является цена и большая масса. Под кровлю из керамической черепицы придётся устраивать усиленную стропильную систему и обрешётку;
2. Цементно-песчаная черепица.
   Обладает практически всеми характеристиками керамической, но стоит чуть меньше;
3. Гибкая битумная черепица .
   Обладает хорошими звукоизоляционными характеристиками. Благодаря шероховатой поверхности черепица способна не давать снегу съезжать с крыши. Требует сплошной обрешётки, обычно используется слой влагостойкой фанеры. Нельзя использовать на кровлях с большими уклонами;
4. Металлическая черепица.
   По сравнению с предыдущими покрытиями, обладает меньшим весом. Легко монтируется. Минусом металлической кровли является то, что во время дождя она может быть слишком шумной.
5. Фальцевая кровля .
   Самый привлекательный вариант в плане стоимости. Требует специальной квалификации при монтаже, так как непрофессионалу будет сложно качественно выполнить соединения. Монтаж более трудоёмкий, чем у металлической и гибкой черепицы. Такая же «шумная», как и металлическая черепица.

Материал кровли полностью зависит от желаний и возможностей заказчика. Исключение составляют кровли со слишком большим или слишком маленьким уклоном, так как все материалы имеют ограничения по углу наклона ската.

Виды стропильных систем

Конструктивные системы стропильной кровли могут быть трёх видов:

1. Наслонные стропила .
   Стропила опираются по двум сторонам. Снизу – на мауэрлат, сверху – на ригель. В качестве промежуточных опор могут использоваться стойки и подкосы. Чаще всего используются в зданиях с небольшим расстоянием между торцами или при возможности поставить стойки или стену посередине мансарды.
   При больших пролётах стропил (больших расстояниях между продольными стенами) могут дополнительно использоваться стойки, подкосы или затяжки.
   Наслонные стропила просты в расчётах.
   Обычно самым мощным элементом такой системы является ригель, который несёт на себе половину нагрузки от всей конструкции кровли.
2. Висячие стропила.
   При отсутствии возможности использования ригеля в качестве верхней опоры, разумно использовать эту стропильную систему.
   Висячие стропила опираются только на мауэрлат, а в верхней точке соединяются между собой с помощью накладки.
   Эта стропильная система работает под нагрузкой как ферма. Наибольшее давление приходится на наружные стены. Возникает горизонтальная сила – распор, которая может привести к смещению стен. В конструкции висячих стропил распорное усилие воспринимает затяжка, которая стягивает стропильные ноги и не даёт им разъезжаться.
   Висячие стропила классифицируются в зависимости от месторасположения затяжки:
   1) Треугольная трёхшарнирная арка.
   Затяжка и стропила образуют треугольник. Затяжка располагается в уровне перекрытия;
   2) Треугольная трёхшарнирная арка с подвесом.
   При большом пролёте стропил затяжка может не пройти по требованиям прогиба. Чтобы предотвратить её провисание, затяжку подвешивают к коньку. Но при такой системе, так же, как и при системе наслонных стропил, посередине мансарды образуется ряд стоек;
   3) Треугольная трёхшарнирная арка с приподнятой затяжкой.
   Затяжка располагается чаще всего в уровне потолка мансардного помещения. Такая схема менее выгодна с точки зрения работы конструкции. Чем выше расположена затяжка, тем больший распор она воспринимает.
   Висячие стропила должны рассматриваться как треугольная ферма, что усложняет расчёт.
3. Комбинированные стропила.
   К комбинированной системе можно отнести распорные наслонные стропила. Они нуждаются как в установке ригеля, так и в затяжке. В отличие от предыдущих вариантов, в которых стропила к мауэрлату крепятся шарнирно, здесь стропильная нога крепится жёстко, поэтому в системе возникает распор. Для такой системы мауэрлат должен быть надёжно прикреплен к стене, а сама стена быть прочной и толстой. Отличным вариантом стане выполнение по периметру железобетонного пояса.

Монтаж стропильной системы

Монтаж происходит в следующем порядке:

1. укладка мауэрлата;
2. установка ригеля (если он есть);
3. раскладка стропил;
4. утепление (если есть);
5. обрешётка;
6. кровельный материал.

Прикрепление стропильной ноги к мауэрлату может быть жёстким и шарнирным.

Шарнирное закрепление

Даёт возможность компенсировать расширение древесины под действием влажности и перепадов температуры.

Крепление может осуществляться несколькими способами:

1. с помощью специального крепежа, металлической «салазки»;
2. с помощью крепёжной пластины;
3. на стропильной ноге выполняется запил. Место стыка стропильной ноги и мауэрлата фиксируется с помощью гвоздей.

Жёсткое закрепление

Стропило крепится к мауэрлату врубкой и надёжно фиксируется гвоздями, забитыми под углом по отношению друг к другу. Один гвоздь вбивается вертикально поверхности мауэрлата. Такое соединение исключает смещение в любой плоскости.

Двускатная стропильная система имеет неоспоримые преимущества. Её можно спроектировать и смонтировать самостоятельно, нужно лишь ответственно отнестись к этому вопросу и продумать всё до мелочей.

Стропила являются основой любой крыши. На них ложится основная нагрузка, связанная с весом кровли, ветровым и снеговым давлением. Для длительной и безаварийной эксплуатации крыши важно произвести точные расчёты этих нагрузок, определить прочностные характеристики стропил, их сечение, длину, количество, а также объём материала, необходимого на обустройство кровельного каркаса. Все эти расчёты можно сделать самостоятельно.

Расчёт стропил при помощи онлайн-программ

Сделать расчёт стропил при помощи онлайн-калькулятора проще всего. Вы задаёте исходные данные, а программа просчитывает нужные параметры. Существующие программы различны по своим функциональным возможностям. Ряд из них имеет комплексный характер и вычисляют множество параметров стропильной системы, другие гораздо проще и предполагают просчёт одного-двух показателей. Среди комплексных сервисов следует выделить серию стройкалькуляторов Stroy-calc для расчёта параметров стропил крыш с одним, двумя скатами, мансардой и вальмами.

Калькулятор Stroy-calc используется для расчёта параметров стропил крыш с одним, двумя скатами, мансардой и вальмами

Программа также учитывает кровельный материал, т. е. вместе с расчётом стропильной системы можно получить данные о необходимом количестве финишного покрытия из:

• керамической черепицы;
• цементно-песчаной черепицы;
• битумной черепицы;
• металлочерепицы;
• шифера (асбестоцементных плит);
• стальной фальцевой кровли;
• битумного шифера.

С целью получения требуемого результата вводится следующая информация:

• характеристики крыши: кровельный материал, ширина основания, длина основания, высота подъёма, длина свеса;
• характеристики стропил: шаг стропил, сорт древесины для стропил;
• характеристики обрешётки: ширина, толщина доски, расстояние между рядами;
• снеговая нагрузка на стропила: выбор региона снеговой нагрузки по карте.

В программе имеются рисунки типов крыш, на которых в графической форме показаны параметры ввода данных. В качестве результата выводится информация по:

• крыше - угол наклона, площадь поверхности, примерный вес кровельного материала;
• стропилам - длина, минимальное сечение, количество, объём бруса для стропил, их примерный вес, раскладка (чертёж);
• обрешётке - количество рядов, расстояние между досками, количество досок, их объём, примерный вес.

Онлайн-калькуляторы, конечно, не могут учесть особенностей конструкции стропил во всех ситуациях. Для получения точных данных по конкретному варианту крыши необходимо делать все расчёты вручную. Предлагаем вам методики вычисления нагрузок на стропила (снеговой, ветровой, кровельного пирога), а также определения параметров стропил (сечения, длины, количества, шага). На основе этих данных можно будет также посчитать количество древесины, необходимой для обустройства стропильной системы.

Расчёт нагрузки на стропила

Стропила держат кровлю. Поэтому на них передаются нагрузки как от внешних природных факторов, так и от веса кровельного пирога (обрешётки, утеплителя, гидро- и пароизоляции). Основные внешние нагрузки связаны с воздействием снега и ветра.

Снеговая нагрузка

Снеговая нагрузка определяется по формуле: S =μ ∙ S g , где:

• S - искомое значение нагрузки;
• μ - коэффициент, определяемый уклоном крыши (чем больше уклон, тем меньше этот коэффициент, так как снег будет сходить, поэтому его давление будет меньше);
• S g - норма давления снега в конкретном районе страны (кг/м 2), вычисляемая по результатам многолетних наблюдений.

Угол наклона крыши вычисляется из его основного треугольника

Для определения коэффициента μ необходимо знать угол наклона ската. Часто бывает так, что задана ширина и высота крыши, а угол наклона неизвестен. В этом случае его нужно вычислить по формуле tg α = H/L, где H - высота конька, L - половина ширины здания (по фронтонной стороне), tg α - тангенс искомого угла. Далее значение самого угла берётся из специальных таблиц.

Таблица: значение угла наклона ската по его тангенсу

tg α	α, град
0,27	15
0,36	20
0,47	25
0,58	30
0,70	35
0,84	40
1,0	45
1,2	50
1,4	55
1,73	60
2,14	65

Предположим, что дом имеет ширину 8 м и высоту в коньке 2,32 м. Тогда tg α = 2,32/4 = 0,58. По таблице находим, что α = 30 o .

Коэффициент μ определяется по следующей методике:

• при углах уклона ската до 25 о μ = 1;
• для углов от 25 до 60 о μ = 0,7;
• для более крутых скатов μ = 0, т. е. снеговая нагрузка не учитывается.

Таким образом, для рассматриваемого строения μ = 0,7. Значение S g выбирается исходя из расположения региона, в котором ведётся строительство, на карте снеговых нагрузок.

Карта снеговых нагрузок позволяет определить давление снега на кровлю в различных районах России

Определив на карте номер региона, величину нормативной снеговой нагрузки можно найти по соответствующей таблице.

Таблица: нормативная снеговая нагрузка по регионам

№ региона	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
S g , кг/м 2	80	120	180	240	320	400	480	560

Предположим, что наш дом находится в Московской области. Это третий район по снеговой нагрузке. S g здесь равно 180 кг/м 2 . Тогда полная снеговая нагрузка на кровлю дома составит S = 0,7 ∙ 180 = 126 кг/м 2 .

Ветровая нагрузка

Ветровая нагрузка зависит от района страны, где построен дом, высоты дома, характеристик местности и уклона крыши. Она считается по формуле: W m = W о ∙ К ∙ С, где:

• W о - нормативное значение ветрового давления;
• К - коэффициент, учитывающий изменение давления ветра на высоте;
• С - аэродинамический коэффициент, учитывающий форму крыши (с пологими или крутыми склонами).

Нормативное значение давления ветра определяем по карте ветровых нагрузок.

Карта ветровых нагрузок позволяет определить давление ветра на кровлю в различных районах России

Таблица: нормативная ветровая нагрузка по регионам

№ региона	1 a	1	2	3	4	5	6	7
W o , кгс/м 2	24	32	42	53	67	84	100	120

По уровню ветровых нагрузок Московская область находится в первой зоне. Поэтому нормативное значение ветрового давления W о для нашего случая равно 32 кг/м 2 .

Значение К определяем по специальной таблице. Чем выше дом и чем на более открытой местности он построен, тем больше величина К.

Таблица: коэффициент, учитывающий ветровое давление на высоте

Возьмём среднюю высоту дома - от 5 до 10 м, а местность будем считать закрытой (этот тип соответствует большинству территорий, где производится загородное строительство). Значит, коэффициент K в нашем случае будет равен 0,65.

Аэродинамический коэффициент может колебаться от -1,8 до 0,8. Отрицательный коэффициент означает, что ветер старается приподнять крышу (обычно с пологими склонами), положительный - опрокинуть (с крутыми склонами). Для надёжности возьмём максимальное значение этого коэффициента, равное 0,8.

Ветер различным образом воздействует на крыши с крутыми и пологими скатами

Таким образом, общая ветровая нагрузка на рассматриваемый нами дом будет равна W m = 32 ∙ 0,65 ∙ 0,8 = 16,6 кг/м 2 .

Вес кровельного пирога

Общий вес квадратного метра кровельного пирога будет равен сумме удельных весов всех составляющих его элементов:

• обрешётки из хвойных пород дерева (8 – 12 кг);
• кровельного покрытия (для примера берём профнастил - 5 кг);
• гидроизоляции из полимерной мембраны (1,4 – 2,0 кг);
• пароизоляции, сделанной из армированной плёнки (0,9 – 1,2 кг);
• утеплителя (минеральная вата - 10 кг).

Вес других видов кровельного покрытия можно определить по специальной таблице.

Таблица: вес кровельного покрытия различных типов

Для большей надёжности берём максимальные значения веса компонентов кровельного пирога: P = 12 + 5 + 2 + 1,2 + 10 = 30,2 кг/м 2 . Добавляем запас в 10% на случай устройства каких-либо дополнительных конструкций или нестандартных видов покрытия: P = 30,2 ∙ 1,1=33,2 кг/м 2 .

Суммарная нагрузка на стропила

Общая нагрузка на стропила считается по формуле: Q = S+W m +P, где:

P - вес кровельного пирога.

Напомним, что расчёт проводится для Московской области, кровельное покрытие - профнастил, угол наклона кровли - 30 о: Q = 126 + 16,6 + 33,2 = 175,8 кг/м 2 . Таким образом, общая нагрузка на один квадратный метр стропил равна 175,8 кг. Если площадь крыши равна 100 м 2 , то суммарная нагрузка равна 17580 кг.

Ошибочным является мнение, что снижение веса кровельного покрытия существенно снижает нагрузку на стропила. Возьмём в качестве покрытия цементно-песчаную черепицу (50 кг/м 2). Тогда вес кровли увеличится на 45 кг/м 2 и будет составлять не 33,2, а 76,4 кг/м 2 . В этом случае Q = 126 + 16,6 + 76,4 = 219 кг/м 2 . Получается, что при увеличении массы кровельного покрытия в 10 раз (с 5 до 50 кг/м 2) общая нагрузка выросла всего на 25%, что можно признать не столь существенным увеличением.

Расчёт параметров стропил

Зная величину нагрузок на кровлю, мы можем рассчитать конкретные параметры материала, необходимого для монтажа стропильной системы: сечение, длину, количество и шаг.

Подбор поперечного сечения стропил

Сечение стропил считается по формуле: H = K c ∙ L max ∙ √Q r /(B ∙ R изг), где:

• K c - коэффициент, равный 8,6 при угле наклона меньше 30 о, и 9,5 при большем уклоне;
• L max - самый большой пролёт стропила;
• В - толщина сечения стропила в метрах;
• R изг - сопротивление материала на изгиб (кг/см 2).

Смысл формулы заключается в том, что необходимый размер сечения увеличивается вместе с увеличением самого большого пролёта стропила и нагрузки на его погонный метр и уменьшается при увеличении толщины стропила и сопротивления древесины на изгиб.

Рассчитаем все элементы этой формулы. Прежде всего, определим нагрузку на погонный метр стропила. Делается это по формуле: Q r = А ∙ Q, где:

• Q r - рассчитываемая величина;
• А - расстояние между стропилами в метрах;

Логика расчёта достаточно проста: чем реже расположены стропила и чем их меньше, тем больше будет нагрузка на погонный метр.

Мы уже вычислили суммарную нагрузку на 1 квадратный метр стропил. Она равна для нашего примера 175,8 кг/м 2 . Предположим, что А = 0,6 м. Тогда Q r = 0,6 ∙ 175,8 = 105,5 кг/м. Эта величина потребуется для дальнейших расчётов.

Теперь определим ширину сечения пиломатериала по ГОСТ 24454–80 «Пиломатериалы хвойных пород». Смотрим, на какие сечения пилится древесина - это стандартные значения.

Таблица: определение нормативных значений ширины доски в зависимости от её толщины

Толщина доски - ширина сечения, мм	Ширина доски - высота сечения, мм
16	75	100	125	150
19	75	100	125	150	175
22	75	100	125	150	175	200	225
25	75	100	125	150	175	200	225	250	275
32	75	100	125	150	175	200	225	250	275
40	75	100	125	150	175	200	225	250	275
44	75	100	125	150	175	200	225	250	275
50	75	100	125	150	175	200	225	250	275
60	75	100	125	150	175	200	225	250	275
75	75	100	125	150	175	200	225	250	275
100		100	125	150	175	200	225	250	275
125			125	150	175	200	225	250
150				150	175	200	225	250
175					175	200	225	250
200						200	225	250
250								250

Определимся с толщиной доски (В). Пусть она будет соответствовать наиболее употребимому обрезному пиломатериалу - 50 мм или 0,05 м.

Далее нам необходимо знать самый большой пролёт стропила (L max). Для этого надо обратиться к проекту и найти чертёж стропильной фермы, где будут указаны все её размеры. Примем в нашем случае L max равным 2,7 м.

Величина самого большого пролёта стропила (Lmax) является важной составляющей для вычисления его сечения и определяется по чертежу стропильной фермы

Величина сопротивления материала на изгиб (R изг) зависит от сорта древесины. Для первого сорта она составляет 140 кг/см 2 , второго - 130 кг/см 2 , третьего - 85 кг/см 2 . Возьмём значение для второго сорта: оно не очень отличается от первого, но второй сорт древесины дешевле.

Подставляем все полученные значения в вышеприведённую формулу и получаем H = 9,5 ∙ 2,7 ∙ √ (105,5)/(0,05х130) = 103,4 мм. При толщине стропила 50 мм нет стандартного значения ширины 103,4 мм, поэтому берём ближайшее к нему большее значение из приведённой выше таблицы. Это будет 125 мм. Таким образом, достаточное сечение пиломатериала при шаге стропил 0,6 м, максимальном пролёте 2,7 м и кровельной нагрузке 175,8 кг/м 2 равно 50х125 мм.

• мауэрлат - 100х100, 100х150, 150х150;
• стропильные ноги и ендовы - 100х200;
• ригели - 100х150, 100х200;
• стойки - 100х100, 150х150.

Это сечения с запасом. Если же вы хотите сэкономить материал, то можете пользоваться приведённой выше методикой.

Видео: расчёт нагрузок на стропила и их сечении

Длина стропил

При изготовлении стропил кроме сечения важна также их длина. Она зависит, в частности, от того, с каким уклоном будет строиться крыша. Угол наклона крыши обычно варьируется между 20 и 45 о, однако различается в зависимости от применяемого кровельного материала, так как не всякий кровельный материал можно применять с крышей любого уклона.

Влияние типа кровельного материала на угол уклона крыши

Допустимые углы уклона крыши для кровельных материалов:

• рулонные покрытия - плоские и малоуклонные крыши (до 22 о);
• битумная кровля и фальцованные металлические листы - любой уклон;
• волокнисто-цементные листы, профнастил - от 4,5 о;
• металлочерепица, битумная, керамическая черепица, сланец - от 22 о;
• высокопрофильная штучная черепица, шифер - от 25 о.

Допустимые углы наклона крыши определяются используемым кровельным материалом

Несмотря на то, что допустимые углы уклона крыши могут быть весьма невелики, всё же для снижения снеговой нагрузки рекомендуем делать их большими. Для профнастила они могут составлять от 20 о, металлочерепицы - 25 о, шифера - 35 о, фальцевой кровли - 18 – 35 о.

Длина стропил разных типов крыш считается по-разному. Покажем, как это делается для односкатной и двускатной крыши.

Расчёт длины стропил односкатной крыш

Длина стропильной ноги считается по формуле L c = L bc /sin А, где L bc - величина, на которую нужно поднять стену, а А - угол уклона крыши. Для понимания смысла формулы вычисления L c напомним, что синус угла прямоугольного треугольника равен отношению противоположного катета к гипотенузе. Таким образом, sin A = L bc /L c . Величину L bc можно вычислить, применив формулу: L bc = L cд ∙ tg А, где L cд - длина стены дома.

Все формулы для расчёта стропильной системы односкатной крыши берутся из прямоугольного треугольника, являющегося проекцией подкровельного пространства на фронтон

Найти величины tg А и sin А легче всего по таблице.

Таблица: определение значений тригонометрических функций по углу уклона крыши

Угол уклона крыши, градусы	tg А	sin А	cos А
5	0,09	0,09	1,00
10	0,18	0,17	0,98
15	0,27	0,26	0,97
20	0,36	0,34	0,94
25	0,47	0,42	0,91
30	0,58	0,50	0,87
35	0,70	0,57	0,82
40	0,84	0,64	0,77
45	1,00	0,71	0,71
50	1,19	0,77	0,64
55	1,43	0,82	0,57
60	1,73	0,87	0,50

Рассмотрим пример.

1. Возьмём длину стены дома, равную 6 м, и угол наклона кровли в 30 о.
2. Тогда высота поднятия стены L bc = 6 ∙ tg 30 о = 6 ∙ 0,58 = 3,48 м.
3. Длина стропильной ноги L c = 3,48 / sin 30 о = 3,48 / 0,5 = 6,96 м.

Расчёт длины стропил двускатной крыши

Двускатную крышу можно представить в виде равнобедренного треугольника, образованного двумя скатами и поперечной потолочной балкой.

Графическое представление двускатной крыши в виде равнобедренного треугольника позволяет определить длину стропильной ноги двумя разными способами

Длину стропильной ноги (a) можно определить двумя разными способами.

1. Если известны ширина дома b и угол наклона крыши A. Тогда а = b/ (2 ∙ cos А). Допустим, что ширина дома равна 8 м, а угол А - 35 о. Тогда a = 8 /(2 ∙ сos 35 o) = 8/(2 ∙ 0,82) = 4,88. Добавляем на свесы 0,5 м и получаем длину стропильной ноги, равную 5,38 м.
2. Если известны ширина крыши b и её высота в коньке h. В этом случае a = √b 2 + h 2 . Предположим, что высота конька равна 2,79 м. Тогда a = √4 2 +2,79 2 = √16 + 7,78 =√23,78 = 4,88. Добавляем 0,5 м на свес и в результате имеем те же 5,38 м.

Нужно иметь в виду, что стандартная длина древесных пиломатериалов составляет 6 метров. При большей длине их необходимо будет либо сращивать, либо делать спецзаказ, что, естественно, будет дороже.

Видео: расчёт стропил

Расчёт шага стропил

Шаг - это расстояние между смежными стропилами. Он определяет, сколько стропил нам понадобиться для крыши. Величину шага обычно задают равной от 60 см до 1 м. Для вычисления конкретной величины шага необходимо:

1. Выбрать ориентировочный шаг.
2. Определить длину ската. Обычно эта величина задаётся проектом.
3. Разделить длину ската на ориентировочно выбранный размер шага. Если получилось дробное число, то результат округляется в большую сторону и добавляется 1 (эта корректировка нужна потому, что по обеим границам ската обязательно должны находиться стропила).
4. Длину ската разделить на число, полученное в предыдущем пункте.

Для наглядности покажем ход вычисления на конкретном примере.

Предположим, что ориентировочный шаг равен 1 м, а длина ската - 12 м.

1. Делим длину ската на ориентировочно выбранный размер шага: 12 / 1 = 12.
2. К полученному числу добавляем 1, получаем 13.
3. Делим длину ската на полученное число: 12 / 13 = 0,92 м.

Необходимо понимать, что полученное значение является расстоянием между центрами стропильных лаг.

Шаг между стропилами можно также определить из таблицы по заданному поперечному сечению и длине стропильной ноги.

Таблица: расчёт шага стропил в зависимости от длины стропильной ноги и сечения бруса

Шаг стропил, м	Длина стропильной ноги в метрах
	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0
0,6	40х150	40х175	50х150	50х150	50х175	50х200	50х200
0,9	50х150	50х175	50х200	75х175	75х175	75х200	75х200
1,1	75х125	75х150	75х175	75х175	75х200	75х200	75х200
1,4	75х150	75х175	75х200	75х200	75х200	100х200	100х200
1,75	75х150	75х200	75х200	100х200	100х200	100х250	100х250
2,15	100х150	100х175	100х200	100х200	100х250	100х250	-

По этой же таблице можно определить допустимое сечение стропила, зная величину шага и его длину. Так, при шаге в 0,9 м и длине 5 м получаем сечение 75х175 мм.

При толщине бруса стропильных ног больше обычной расстояние между стропилами также можно сделать больше.

Таблица: расчёт шага стропил из толстых брусьев и брёвен

Расстояние между стропилами, м		Наибольшая длина стропильной ноги, м
		3,2	3,7	4,4	5,2	5,9	6,6
1,2	брус	9х11	9х14	9х17	9х19	9х20	9х20
	бревно	11	14	17	19	20	20
1,6	брус	9х11	9х17	9х19	9х20	11х21	13х24
	бревно	11	17	19	20	21	24
1,8	брус	10х15	10х18	10х19	12х22	-	-
	бревно	15	18	19	22	-	-
2,2	брус	10х17	10х19	12х22	-	-	-
	бревно	17	19	22	-	-	-

Расчёт количества стропил

1. В зависимости от нагрузки на стропильную систему выбираем сечение стропильной ноги.
2. Вычисляем длину стропила.
3. По таблице выбираем шаг стропил.
4. Ширину крыши делим на шаг стропил и получаем их количество.

Для примера рассчитаем количество стропил для двускатной крыши шириной 10 м при длине стропильной ноги 4 м и её сечении 50х150 мм.

1. Задаём шаг, равный 0,6 м.
2. Делим 10 м на 0,6 м, получаем 16,6.
3. Добавляем одно стропило на край крыши и округляем в большую сторону. Получаем 18 стропил на один скат.

Расчёт количества древесины, необходимой для изготовления стропил

Для устройства стропил чаще всего применяют хвойные породы дерева. Зная, сколько стропил требуется на крышу и какой объём древесины содержится в одном брусе, вычислим необходимый объём древесины. Предположим, что мы произвели полный расчёт стропильной системы и получили, что необходимо 18 единиц бруса размером 150х150 мм. Далее смотрим таблицу.

Таблица: количество бруса в кубическом метре пиломатериалов

Размер бруса, мм	Количество брусов длиной 6 м в 1 м 3 пиломатериалов, шт.	Объём одного бруса длиной 6 м, м 3
100х100	16,6	0,06
100х150	11,1	0,09
100х200	8,3	0,12
150х150	7,4	0,135
150х200	5,5	0,18
150х300	3,7	0,27
200х200	4,1	0,24

Объём одного бруса 150 х 150 мм составляет 0,135 м 3 . Значит, объём пиломатериала для 18 стропил составит 0,135 м 3 ∙ 18 = 2,43 м 3 .

Видео: расчёт материала для стропил двускатной крыши

Правильный расчёт основных параметров позволяет сделать стропильную систему безопасной, надёжной и долговечной. Знание необходимого объёма древесины позволяет сэкономить средства на обустройство стропил. Онлайн-калькуляторы значительно облегчают расчёт всех технических характеристик кровельного каркаса, экономят время на расчёты и повышают их точность.

Укажите параметры деревянных стропил:

B – ширина стропила, важный параметр определяющий надежность стропильной системы. Искомое сечение стропила (в частности ширины) зависит от: нагрузок (постоянные – вес обрешетки и кровельного пирога, а также временные – снеговые, ветровые), применяемого материала (качества и его вида: доска, брус, клееный брус), длины стропильной ноги, расстояния между стропилами. Определить примерное сечение бруса для стропил можно с помощью данных таблицы (значение ширины – это большее значение из 3 колонки, например, при длине стропилины до 3000 мм и шаге 1200 мм искомое значение ширины 100 мм). При выборе ширины стропила обязательно учитывать рекомендации, наведенные в СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции» и СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».

Длина стропилины, мм	Шаг стропил, мм	Сечение стропила, мм
До 3000 мм	1200	80х100
До 3000 мм	1800	90х100
До 4000 мм	1000	80х160
До 4000 мм	1400	80х180
До 4000 мм	1800	90х180
До 6000 мм	1000	80х200
До 6000 мм	1400	100х200

Y – высота крыши, расстояние от конька до перекрытия чердака. Влияет на величину угла наклона крыши. Если планируется обустройство нежилого чердака, следует выбирать небольшую высоту (потребуется меньше материала для стропил, гидроизоляции и кровли), но достаточную для проведения ревизии и обслуживания (не менее 1500 мм). При необходимости оборудования жилого помещения под сводом крыши, для определения ее высоты необходимо ориентироваться на рост самого высокого члена семьи плюс 400-500 мм (примерно 1900-2500 мм). В любом случае нужно также учитывать требования СП 20.13330.2011 (актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*). Следует помнить, что на крыше с небольшим углом наклона (маленькой высотой) могут задерживаться осадки, что негативно влияет на ее герметичность и долговечность. Однако, высокая крыша становится более уязвима к порывам сильного ветра. Оптимальный угол наклона находится в пределах 30-45 градусов.

X – Ширина крыши (без свесов), определяется шириной внешнего периметра Вашего дома.

C – размер свеса, важного конструктивного элемента крыши, защищающего стены и фундамент от осадков, определяется с учетом климатических условий Вашего региона (СП 20.13330.2011) и общей архитектурной идеи. Для одно- и двухэтажных домов без организации наружного стока воды не меньше 600 мм. Если устроить систему водоотвода можно уменьшить до 400 мм (СНБ 3.02.04-03). Согласно требованиям IRC-2012, пункта R802.7.1.1 (Международного строительного кода для 1-2 квартирных индивидуальных жилых домов) максимальная длина свободного свеса стропил, не требующая обустройства дополнительных опорных подкосов, 610 мм. Оптимальной величиной свеса считается 500 мм.

Z – это расстояние от верхней кромки стропила до выпила. Размер Z связан с шириной стропила простым соотношением – не более 2/3 его ширины (пренебрежение этим правилом значительно уменьшает несущую способность стропилины). Запил необходим для крепления стропила к мауэрлату – опоре, которая воспринимает нагрузки от крыши и перераспределяет на несущие стены.

Отметив пункт «Черно-белый чертеж» Вы получите приближенный к требованиям ГОСТ чертеж и сможете его распечатать, не расходуя зря цветную краску или тонер.

Результаты расчета:

Длина до свеса стропила – этот размер нужно использовать для разметки запила стропилины к мауэрлату.

Длина свеса покажет, как далеко необходимо выпустить стропило за пределы периметра дома для получения заданного свеса крыши (С ) защищающего от непогоды.

Рассчитав общую длину стропила и свеса не сложно узнать необходимое количество пиломатериалов нужной длины и оценить сколько надо реагентов для обработки древесины от гниения.

Расчет угла и сечения стропил: угол среза – это угол, на который необходимо зарезать концы стропил для соединения между собой. Под таким же углом к грани стропилины следует отмерять начало запила. Для соблюдения одинакового угла запила на всех стропилах желательно использовать шаблон.

Проектирование и грамотные расчеты элементов стропильной конструкции – залог успеха в строительстве и в последующей эксплуатации крыши. Она обязана стойко сопротивляться совокупности временных и постоянных нагрузок, при этом по минимуму утяжелять постройку.

Для производства вычислений можно воспользоваться одной из многочисленных программ, выложенных в сети, или все выполнять вручную. Однако в обоих случаях требуется четко знать, как рассчитать стропила для крыши, чтобы досконально подготовиться к строительству.

Стропильная система определяет конфигурацию и прочностные характеристики скатной крыши, выполняющей ряд значимых функций. Это ответственная ограждающая конструкция и важная составляющая архитектурного ансамбля. Потому в проектировании и расчетах стропильных ног следует избегать огрехов и постараться исключить недочеты.

Как правило, в проектных разработках рассматривается несколько вариантов, из которых выбирается оптимальное решение. Выбор наилучшего варианта вовсе не означает, что нужно составить некое число проектов, выполнить для каждого точные вычисления и в итоге предпочесть единственный.

Сам ход определения длины, монтажного уклона, сечения стропилин заключается в скрупулезном подборе формы конструкции и размеров материала для ее сооружения.

Например, в формулу вычисления несущей способности стропильной ноги первоначально вводят параметры сечения наиболее подходящего по цене материала. А если результат не соответствует техническим нормам, то увеличивают или уменьшают размеры пиломатериала, пока не добьются максимального соответствия.

Метод поиска угла наклона

У определения угла уклона скатной конструкции есть архитектурные и технические аспекты. Кроме пропорциональной конфигурации, наиболее подходящей по стилистике здания, безукоризненное решение должно учитывать:

• Показатели снеговой нагрузки. В местностях с обильным выпадением осадков возводят крыши с уклоном от 45º и более. На скатах подобной крутизны не задерживаются снежные залежи, благодаря чему ощутимо сокращается суммарная нагрузка на кровлю, стопила и постройку в целом.
• Характеристики ветровой нагрузки. В районах с порывистыми сильными ветрами, прибрежных, степных и горных областях, сооружают низко-скатные конструкции обтекаемой формы. Крутизна скатов там обычно не превышает 30º. К тому же ветра препятствуют образованию снежных залежей на крышах.
• Масса и тип кровельного покрытия. Чем больше вес и мельче элементы кровли, тем круче нужно сооружать стропильный каркас. Так надо, чтобы сократить вероятность протечек через соединения и уменьшить удельный вес покрытия, приходящийся на единицу горизонтальной проекции крыши.

Для того чтобы выбрать оптимальный угол наклона стропилин, проектом необходимо учесть все перечисленные требования. Крутизна будущей крыши обязана соответствовать климатическим условиям выбранной для строительства местности и техническим данным кровельного покрытия.

Правда владельцам собственности в северных безветренных областях следует помнить, что при увеличении угла наклона стропильных ног возрастает расход материалов. Сооружение и обустройство крыши крутизной 60 – 65º обойдется приблизительно в полтора раза дороже, чем возведение конструкции с углом в 45º.

В местностях с частыми и сильными ветрами не стоит слишком сокращать уклон в целях экономии. Излишне пологие крыши проигрывают в архитектурном отношении и не всегда способствуют снижению цифры расходов. В таких случаях чаще всего требуется усиление изоляционных слоев, что в противовес ожиданиям эконома приводит к удорожанию строительства.

Уклон стропилин выражается в градусах, в процентах или в формате безразмерных единиц, отображающих отношение половины метража пролета к высоте установки конькового прогона. Понятно, что градусами очерчивается угол между линией потолочного перекрытия и линией ската. Процентами редко пользуются из-за сложности их восприятия.

Самый распространенный метод обозначения угла наклона стропильных ног, применяемый как проектировщиками малоэтажных строений, так и строителями, это безразмерные единицы. Они в долях передают отношение длины перекрываемого пролета к высоте крыши. На объекте проще всего найти центр будущей фронтонной стенки и установит в нем вертикальную рейку с отметкой высоты конька, чем откладывать углы от края ската.

Расчет длины стропильной ноги

Длину стропилины определяют после того, как выбран угол наклона системы. Оба указанных значения нельзя отнести к числу точных величин, т.к. в процессе вычисления нагрузки как крутизна, так и следом за ней длина стропильной ноги может несколько изменяться.

К основным параметрам, влияющим на проведение расчетов длины стропил, относится тип карнизного свеса крыши, согласно чему:

1. Внешний край стропильных ног обрезается заподлицо с наружной поверхностью стены. Стропила в этой ситуации не формируют карнизный свес, защищающий конструкцию от осадков. Для защиты стен устанавливается водосток, закрепленный на прибитой к торцевому краю стропилин карнизной доске.
2. Обрезанные заподлицо со стеной стропила наращиваются кобылками для образования карнизного свеса. Кобылки крепят к стропилинам гвоздями после сооружения стропильного каркаса.
3. Стропила изначально раскраиваются с учетом длины карнизного свеса. В нижнем сегменте стропильных ног выбирают врубки в виде угла. Для формирования врубок отступают от нижнего края стропилин на ширину карнизного выноса. Врубки нужны для увеличения опорной площади стропильных ног и для устройства опорных узлов.

На стадии расчета длины стропильных ног требуется продумать варианты крепления каркаса крыши к мауэрлату, к перепускам или к верхнему венцу сруба. Если задумана установка стропилин заподлицо с внешним контуром дома, то расчет проводится по длине верхнего ребра стропилины с учетом размера зуба, если он используется для формирования нижнего соединительного узла.

Если стропильные ноги раскраиваются с учетом карнизного выноса, то длину рассчитывают по верхнему ребру стропилины вместе со свесом. Отметим, что применение треугольных врубок ощутимо ускоряет темпы возведения стропильного каркаса, но ослабляет элементы системы. Потому при расчетах несущей способности стропилин с выбранными углом врубками применяется коэффициент 0,8.

Среднестатистической шириной карнизного выноса признаны традиционные 55 см. Однако разброс может быть от 10 до 70 и больше. В расчетах используется проекция карнизного выноса на горизонтальную плоскость.

Есть зависимость от прочностных характеристик материала, на основании чего изготовитель рекомендует предельные значения. К примеру, производители шифера не советуют выносить кровлю за контур стен на расстояние свыше 10 см, чтобы накапливающаяся вдоль свеса крыши снежная масса не смогла повредить край карниза.

Крутые крыши не принято оборудовать широкими свесами, независимо от материала карнизы не делают шире 35 – 45 см. А вот конструкции с уклоном до 30º может отлично дополнить широкий карниз, который послужит своеобразным навесом в областях с избыточным солнечным освещением. В случае проектирования крыш с карнизными выносами по 70 и более см, их укрепляют дополнительными опорными стойками.

Как вычислить несущую способность

В сооружении стропильных каркасов применяются пиломатериалы, выполненные из хвойных пород древесины. Заготовленный брус либо доска должны быть не ниже второго сорта.

Стропильные ноги скатных крыш работают по принципу сжатых, изогнутых и сжато-изогнутых элементов. С задачами сопротивления сжатию и изгибу второсортная древесина превосходно справляется. Только в случае, если элемент конструкции будет работать на растяжение, требуется первый сорт.

Стропильные системы устраивают из доски или бруса, подбирают их с запасом прочности, ориентируясь на стандартные размеры выпускаемого поточно пиломатериала.

Расчеты несущей способности стропильных ног проводятся по двум состояниям, это:

• Расчетное. Состояние, при котором в результате приложенной нагрузки конструкция разрушается. Вычисления проводятся для суммарной нагрузки, которая включает вес кровельного пирога, ветровую нагрузку с учетом этажности постройки, массу снега с учетом уклона крыши.
• Нормативное. Состояние, при котором стропильная система прогибается, но разрушение системы не происходит. Эксплуатировать крышу в таком состоянии обычно нельзя, но после проведения ремонтных операций она вполне пригодна для дальнейшего использования.

В упрощенном расчетном варианте второе состояние является 70 % от первой величины. Т.е. для получения нормативных показателей расчетные значения нужно банально помножить на коэффициент 0,7.

Нагрузки, зависящие от климатических данных региона строительства, определяются по картам, приложенным к СП 20.13330.2011. Поиск нормативных значений по картам предельно прост – нужно найти место, где расположен ваш город, коттеджный поселок или другой ближайший населенный пункт, и снять показания о расчетном и нормативном значении с карты.

Усредненные сведения о снеговой и ветровой нагрузке следует скорректировать согласно архитектурной специфике дома. Например, снятое с карты значение надо распределять по скатам в соответствии с составленной для местности розы ветров. Получить распечатку с ней можно в местной метеослужбе.

С наветренной стороны постройки масса снега будет гораздо меньше, поэтому расчетный показатель умножают на 0,75. С подветренной стороны снежные залежи будут накапливаться, поэтому умножают тут на 1,25. Чаще всего чтобы унифицировать материал для строительства крыши, подветренную часть конструкции сооружают из спаренной доски, а наветренную часть устраивают стропилинами их одинарной доски.

Если неясно, какой из скатов будет с подветренной стороны, а какой наоборот, то лучше оба умножить на 1,25. Запас прочности вовсе не помешает, если не слишком сильно повысит стоимость пиломатериала.

Указанный картой расчетный вес снега еще корректируют в зависимости от крутизны крыши. Со скатов, установленный под углом 60º, снег будет сразу сползать без малейших задержек. В расчетах для таких крутых крыш поправочный коэффициент не применяют. Однако при более низком уклоне снег уже сможет задерживаться, поэтому для уклонов 50º применяется добавка в виде коэффициента 0,33, а для 40º она же, но уже 0,66.

Ветровую нагрузку определяют аналогичным образом по соответствующей карте. Корректируют значение в зависимости от климатической специфики области и от высоты дома.

Для расчета несущей способности основных элементов проектируемой стропильной системы требуется найти максимальную нагрузку на них, суммируя временные и постоянные величины. Никто же не будет усиливать крыши перед снежной зимой, хотя на даче лучше бы поставить страховочные вертикальные распорки на чердаке.

Кроме массы снега и давящей силы ветров в вычислениях необходим учет веса всех элементов кровельного пирога: установленной поверх стропилин обрешетки, самой кровли, утеплителя, внутренней подшивки, если она применялась. Весом паро- и гидроизоляционных пленок с мембранами принято пренебрегать.

Сведения о весе материалов указываются изготовителем в технических паспортах. Данные о массе бруска и доски берутся в приближении. Хотя приходящуюся на метр проекции массу обрешетки можно рассчитать, взяв за основу тот факт, что кубометр пиломатериалов весит в среднем 500 – 550 кг/м 3 , а аналогичный объем ОСП или фанеры от 600 до 650 кг/м 3 .

Приведенные в СНиПах значения нагрузок обозначены в кг/м 2 . Однако стропилина воспринимает и держит только ту нагрузку, которая непосредственно давит на этот линейный элемент. Для того чтобы сделать расчет нагрузки именно на стропила, совокупность природных табличных значений нагрузок и массы кровельного пирога умножают на шаг установки стропильных ног.

Приведенное к линейным параметрам значение нагрузки можно уменьшить или увеличить путем изменения шага – расстояния между стропилинами. Корректируя площадь сбора нагрузки, добиваются оптимальных ее значений во имя долгой службы каркаса скатной крыши.

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.

Расчеты для конструкций с уклоном до 30º

На стропильные ноги крыш указанной крутизны действует лишь изгибающее напряжение. Рассчитываются они на максимальный момент изгиба с приложением всех видов нагрузки. Причем временные, т.е. климатические нагрузки используются в вычислениях по максимальным показателям.

У стропилин, имеющих только опоры под обоими собственными краями, точка максимального изгиба будет находиться в самом центре стропильной ноги. Если стропилина уложена на три опоры и составлена из двух простых балок, то моменты максимального изгиба придутся на середины обоих пролетов.

У цельной стропилины на трех опорах максимальный изгиб будет в районе центральной опоры, но т.к. под изгибающимся участком находится опора, то направлен он будет вверх, а не так как у предыдущих случаев вниз.

Для нормальной работы стропильных ног в системе необходимо выполнить два правила:

• Внутреннее напряжение, сформированное в стропилине при изгибе в результате приложенной к ней нагрузки, обязано быть меньше расчетного значения сопротивления пиломатериала на изгиб.
• Прогиб стропильной ноги должен быть меньше нормируемого значения прогиба, который определен соотношением L/200, т.е. прогнуться элементу разрешается только на одну двухсотую долю его реальной длины.

Дальнейшие вычисления состоят в последовательном подборе размеров стропильной ноги, которые в результате удовлетворят указанным условиям. Для вычисления сечения имеются две формулы. Одна из них используется для определения высоты доски или бруса по произвольно заданной толщине. Вторая формула применяется для расчета толщины по произвольно заданной высоте.

В вычислениях необязательно пользоваться обеими формулами, достаточно применить только одну. Полученный в итоге расчетов результат проверяют по первому и второму предельному состоянию. Если расчетная величина получился с внушительным запасом по прочности, вводимый в формулу произвольный показатель можно уменьшить, чтобы не переплачивать за материал.

Если расчетная величина момента изгиба получится больше, чем L/200, то произвольное значение увеличивают. Подбор проводится в соответствии со стандартными размерами имеющихся в продаже пиломатериалов. Так подбирают сечение до того момента, пока не будет подсчитан и получен оптимальный вариант.

Рассмотрим простой пример вычислений по формуле b = 6Wh². Предположим, h = 15 см, а W это отношение M/R изг. Величину М вычислим по формуле g×L 2 /8, где g – суммарная нагрузка, вертикально направленная на стропильную ногу, а L – это длина пролета, равная 4 м.

R изг для пиломатериалов из хвойных пород принимаем в соответствии с техническим нормами 130 кг/см 2 . Допустим, суммарную нагрузку мы рассчитали заранее, и она у нас получилась равной 345 кг/м. Тогда:

M = 345 кг/м × 16м 2 /8 = 690 кг/м

Чтобы перевести в кг/см делим результат на 100, получаем 0,690 кг/см.

W = 0,690 кг/см/130 кг/см 2 = 0,00531 см

B = 6 × 0,00531 см × 15 2 см = 7,16 см

Округляем результат как положено в большую сторону и получаем, что для устройства стропил с учетом приведенной в примере нагрузки потребуется брус 150×75 мм.

Проверяем результат по обоим состояниям и убеждаемся в том, что нам подходит материал с рассчитанным сейчас сечением. σ = 0,0036; f = 1,39

Для стропильных систем с уклоном свыше 30º

Стропила крыш крутизной более 30º вынуждены сопротивляться не только изгибу, но и силе сжимающей их вдоль собственной оси. В этом случае помимо проверки по описанному выше сопротивлению на изгиб и по величине изгиба нужно рассчитывать стропилины по внутреннему напряжению.

Т.е. действия выполняются в аналогичном порядке, но проверочных расчетов несколько больше. Точно также задается произвольная высота или произвольная толщина пиломатериала, с ее помощью рассчитывается второй параметр сечения, а затем проводится проверка на соответствие вышеперечисленным трем техническим условиям, включая сопротивление сжатию.

При необходимости в усилении несущей способности стропилины вводимые в формулы произвольные значения увеличивают. Если запас прочности достаточно большой и нормативный прогиб ощутимо превышает вычисленное значение, то есть смысл еще раз выполнить расчеты, уменьшив высоту или толщину материала.

Подобрать первоначальные данные для производства расчетов поможет таблица, в которой сведены общепринятые размеры выпускаемых у нас пиломатериалов. Она поможет подобрать сечение и длину стропильных ног для первоначальных вычислений.

Видео о проведении расчетов стропилин

Ролик наглядно демонстрирует принцип выполнения расчетов для элементов стропильной системы:

Выполнение расчетов несущей способности и угла установки стропил – важная часть проектирования каркаса крыши. Процесс непростой, но разобраться в нем необходимо и тем, кто производит расчеты вручную, и тем, кто пользуется расчетной программой. Нужно знать, где брать табличные величины и что дают расчетные значения.

-> Расчёт стропильной системы

Основным элементом крыши, воспринимающим и противостоящим всем видам нагрузок, является стропильная система . Поэтому для того чтобы ваша крыша надёжно противостояла всем воздействиям окружающей среды, очень важно сделать правильный расчёт стропильной системы.

Для самостоятельного расчёта характеристик материалов, необходимых для монтажа стропильной системы, я привожу упрощённые формулы расчёта . Упрощения сделаны в сторону увеличения прочности конструкции. Это вызовет некоторое увеличение расхода пиломатериалов, однако на небольших крышах индивидуальных строений оно будет несущественным. Данными формулами можно пользоваться при расчёте двухскатных чердачных и мансардных, а также односкатных крыш.

На основе приведенной ниже методики расчёта, программист Андрей Мутовкин (визитка Андрея - мутовкин.рф) для собственных нужд разработал Программу расчёта стропильной системы . По моей просьбе он великодушно разрешил разместить её на сайте. Скачать программу можно .

Методика расчёта составлена на основе СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», с учётом «Изменений...» от 2008г, а также на основе формул, приведенных в других источниках. Эту методику я разработал много лет назад, и время подтвердило её правильность.

Для расчёта стропильной системы, прежде всего, необходимо вычислить все нагрузки, действующие на крышу.

I. Нагрузки, действующие на крышу.

1. Снеговые нагрузки.

2. Ветровые нагрузки.

На стропильную систему, кроме вышеперечисленных, также действуют нагрузка от элементов крыши:

3. Вес кровли.

4. Вес чернового настила и обрешётки.

5. Вес утеплителя (в случае утеплённой мансарды).

6. Вес самой стропильной системы.

Рассмотрим все эти нагрузки подробнее.

1. Снеговые нагрузки.

Для расчёта снеговой нагрузки воспользуемся формулой:

Где,
S - искомая величина снеговой нагрузки, кг/м²
µ - коэффициент, зависящий от уклона крыши.
Sg - нормативная снеговая нагрузка, кг/м².

µ - коэффициент, зависящий от уклона крыши α . Безразмерная величина.

Примерно определить угол уклона крыши α можно по результату деления высоты Н на половину пролёта - L .
Результаты сведены в таблицу:

Тогда, если α меньше или равно 30°, µ = 1 ;

если α больше или равно 60°, µ = 0 ;

если 30° вычисляем по формуле:

µ = 0,033·(60-α);

Sg - нормативная снеговая нагрузка, кг/м².
Для России принимается по карте 1 обязательного приложения 5 СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»

Для Белоруссии нормативная снеговая нагрузка Sg определяется
Техническим кодексом УСТАНОВИВШЕЙСЯ ПРАКТИКИ Еврокод 1. ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ Часть 1-3. Общие воздействия. Снеговые нагрузки. ТКП EN1991-1-3-2009 (02250).

Например,

Брест (I) - 120 кг/м²,
Гродно (II) - 140 кг/м²,
Минск (III) - 160 кг/м²,
Витебск (IV) - 180 кг/м².

Найти максимально возможную снеговую нагрузку на крышу высотой 2,5 м и длинной пролёта 7м.
Строение находится в дер. Бабенки Ивановской обл. РФ.

По карте 1 обязательного приложения 5 СНиП 2.01.07-85 "Нагрузки и воздействия" определяем Sg - нормативную снеговую нагрузку для города Иваново (IV район):
Sg=240 кг/м²

Определяем угол уклона крыши α .
Для этого высоту крыши (H) разделим на половину пролёта (L): 2,5/3,5=0,714
и по таблице найдём угол уклона α=36°.

Так как 30° , расчёт µ произведём по формуле µ = 0,033·(60-α) .
Подставляя значение α=36° , находим: µ = 0,033·(60-36)= 0,79

Тогда S=Sg·µ =240·0,79=189кг/м²;

максимально возможная снеговая нагрузка на нашу крышу составит 189кг/м².

2. Ветровые нагрузки.

Если крыша крутая (α > 30°) , то из-за её парусности ветер давит на один из скатов и стремится её опрокинуть.

Если крыша пологая (α , то подъёмная аэродинамическая сила, возникающая при огибании её ветром, а также турбулентности под свесами стремятся эту крышу приподнять.

Согласно СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» (в Белоруссии - Еврокод 1 ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОНСТРУКЦИИ Часть 1-4. Общие воздействия. Ветровые воздействия), нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm на высоте Z над поверхностью земли следует определять по формуле:

Где,
Wo - нормативное значение ветрового давления.
K - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте.
C - аэродинамический коэффициент.

K - коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте. Его значения, в зависимости от высоты здания и характера местности, сведены в Таблицу 3.

C - аэродинамический коэффициент,
который в зависимости от конфигурации здания и крыши может принимать значения от минус 1,8 (крыша поднимается) до плюс 0,8 (ветер давит на крышу). Так как расчёт у нас - упрощённый в сторону увеличения прочности, то значение C принимаем равным 0,8.

При строительстве крыши необходимо помнить, что ветровые силы, стремящиеся приподнять или сорвать крышу, могут достигать значительных величин, и, поэтому, низ каждой стропильной ноги необходимо хорошенько прикреплять к стенам или к матицам.

Делается это любыми способами, например, при помощи отожжённой (для мягкости) стальной проволокой диаметром 5 - 6мм. Этой проволокой каждая стропильная нога прикручиваются к матицам либо к ушкам плит перекрытия. Очевидно, что чем крыша тяжелее, тем лучше!

Определить среднюю ветровую нагрузку на крышу одноэтажного дома c высотой конька от земли - 6м. , углом уклона α=36° в деревне Бабенки Ивановской обл. РФ.

По карте 3 приложения 5 в « СНиП 2.01.07-85» находим, что Ивановская область относится ко второму ветровому району Wo= 30 кг/м²

Так как все строения в посёлке ниже 10м., коэффициент K= 1.0

Значение аэродинамического коэффициента C принимаем равным 0,8

нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки Wm= 30·1,0·0,8 = 24кг/м².

Для информации: если ветер дует в торец данной крыши, то на её край действует поднимающая (срывающая) сила до 33,6кг/м²

3. Вес кровли.

Различные виды кровли имеют следующий вес:

1. Шифер 10 - 15 кг/м²;
2. Ондулин (битумный шифер) 4 - 6 кг/м²;
3. Керамическая черепица 35 - 50кг/м²;
4. Цементно-песчаная черепица 40 - 50 кг/м²;
5. Битумная черепица 8 - 12 кг/м²;
6. Металлочерепица 4 - 5 кг/м²;
7. Профнастил 4 - 5 кг/м²;

4. Вес чернового настила, обрешётки и стропильной системы.

Вес чернового настила 18 - 20 кг/м²;
Вес обрешётки 8 - 10 кг/м²;
Вес собственно стропильной системы 15 - 20 кг/м²;

При расчёте окончательной нагрузки на стропильную систему, все вышеперечисленные нагрузки суммируются.

А теперь открою вам маленький секрет. Продавцы некоторых видов кровельных материалов в качестве одного из положительных свойств отмечают их лёгкость, что по их заверениям, приведёт к значительной экономии пиломатериалов при изготовлении стропильной системы.

В качестве опровержения данного утверждения приведу следующий пример.

Расчёт нагрузки на стропильную систему при использовании различных кровельных материалов.

Посчитаем нагрузку на стропильную систему при использовании самого тяжёлого (Цементно-песчаная черепица
50 кг/м² ) и самого лёгкого (Металлочерепица 5 кг/м² ) кровельного материала для нашего домика в деревне Бабенки Ивановской обл. РФ.

Цементно-песчаная черепица:

Ветровые нагрузки - 24кг/м²
Вес кровли - 50 кг/м²
Вес обрешётки - 20 кг/м²

Итого - 303 кг/м²

Металлочерепица:
Снеговые нагрузки - 189кг/м²
Ветровые нагрузки - 24кг/м²
Вес кровли - 5 кг/м²
Вес обрешётки - 20 кг/м²
Вес самой стропильной системы - 20 кг/м²
Итого - 258 кг/м²

Очевидно, что имеющаяся разница в расчётных нагрузках (всего около 15%) не сможет привести к какой-либо ощутимой экономии пиломатериалов.

Итак, с расчётом суммарной нагрузки Q , действующей на квадратный метр крыши мы разобрались!

Особо обращаю ваше внимание: при расчётах внимательно следите за размерностью!!!

II. Расчёт стропильной системы.

Стропильная система состоит из отдельных стропил (стропильных ног), поэтому расчёт сводится к определению нагрузки на каждую стропильную ногу в отдельности и расчёту сечения отдельной стропильной ноги.

1. Находим распределённую нагрузку на погонный метр каждой стропильной ноги.

Где
Qr - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги - кг/м ,
A - расстояние между стропилами (шаг стропил) - м ,
Q - суммарная нагрузка, действующая на квадратный метр крыши - кг/м² .

2. Определяем в стропильной ноге рабочий участок максимальной длины Lmax.

3. Рассчитываем минимальное сечение материала стропильной ноги.

При выборе материала для стропил руководствуемся таблицей стандартных размеров пиломатериалов (ГОСТ 24454-80 Пиломатериалы хвойных пород. Размеры), которые сведены в Таблицу 4.

Таблица 4. Номинальные размеры толщины и ширины, мм

Толщина доски - ширина сечения (В)	Ширина доски - высота сечения (Н)
16	75	100	125	150
19	75	100	125	150	175
22	75	100	125	150	175	200	225
25	75	100	125	150	175	200	225	250	275
32	75	100	125	150	175	200	225	250	275
40	75	100	125	150	175	200	225	250	275
44	75	100	125	150	175	200	225	250	275
50	75	100	125	150	175	200	225	250	275
60	75	100	125	150	175	200	225	250	275
75	75	100	125	150	175	200	225	250	275
100		100	125	150	175	200	225	250	275
125			125	150	175	200	225	250
150				150	175	200	225	250
175					175	200	225	250
200						200	225	250
250								250

А. Рассчитываем сечение стропильной ноги.

Задаём произвольно ширину сечения в соответствии со стандартными размерами, а высоту сечения определяем по формуле:

H ≥ 8,6·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон крыши α

H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон крыши α > 30°.

H - высота сечения см ,


B - ширина сечения см ,
Rизг - сопротивление древесины на изгиб, кг/см².
Для сосны и ели Rизг равен:
1 сорт - 140 кг/см²;
2 сорт - 130 кг/см²;
3 сорт - 85 кг/см²;
sqrt - квадратный корень

Б. Проверяем, укладывается ли величина прогиба в норматив.

Нормируемый прогиб материала под нагрузкой для всех элементов крыши не должен превышать величины L/200 . Где, L - длина рабочего участка.

Это условие выполняется при верности следующего неравенства:

3,125·Qr·(Lmax)³/(B·H³) ≤ 1

Где,
Qr - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги - кг/м ,
Lmax - рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны м ,
B - ширина сечения см ,
H - высота сечения см ,

Если неравенство не соблюдается, то увеличиваем B или H .

Условие:
Угол уклона крыши α = 36° ;
Шаг стропил A= 0,8 м ;
Рабочий участок стропильной ноги максимальной длинны Lmax = 2,8 м ;
Материал - сосна 1 сорт (Rизг = 140 кг/см² );
Кровля - цементно-песчаная черепица (Вес кровли - 50 кг/м² ).

Как было подсчитано , суммарная нагрузка, действующая на квадратный метр крыши равна Q = 303 кг/м².
1. Находим распределённую нагрузку на погонный метр каждой стропильной ноги Qr=A·Q;
Qr=0,8·303=242 кг/м;

2. Выберем толщину доски для стропил - 5см.
Рассчитаем сечение стропильной ноги при ширине сечения 5см.

Тогда, H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/B·Rизг) , так как уклон крыши α > 30° :
H ≥ 9,5·2,8·sqrt(242/5·140)
H ≥15,6 см;

Из таблицы стандартных размеров пиломатериалов выбираем доску с ближайшим сечением:
ширина - 5 см, высота - 17,5 см.

3. Проверяем, укладывается ли величина прогиба в норматив. Для этого должно соблюдаться неравенство:
3,125·Qr·(Lmax)³/B·H³ ≤ 1
Подставляя значения, имеем: 3,125·242·(2,8)³ / 5·(17,5)³= 0,61
Значение 0,61 , значит сечение материала стропил выбрано правильно.

Сечение стропил, установленных с шагом 0,8м, для крыши нашего домика составит: ширина - 5 см, высота - 17,5 см.