Основные принципы расчёта стропильной системы

Последнее обновление статьи 30.05.2023

Расчет стропильной системы – важнейший этап проектирования крыши. Погрешности в расчетах могут стать причиной недостаточной прочности конструкций, в результате чего кровля в процессе эксплуатации деформируется или разрушится.

Подготовительный этап

Прежде чем приступать к расчету будущей стропильной системы, важно определиться с конфигурацией кровли и выбрать материал, из которого она будет выполнена.

Определяя постоянные нагрузки, которые будут воздействовать на сам кровельный каркас и передаваться на стены и фундамент, следует подсчитать вес:

• деревянных элементов каркаса;
• кровельного покрытия;
• тепло-, гидро- и пароизоляционных материалов;
• внутренней обшивки крыши.

Общий вес деревянных стропил, прогонов, подкосов, стоек и других элементов односкатной, шатровой, ломаной, вальмовой или любой другой крыши зависит не только от сечения пиломатериала, но и от таких параметров, как плотность и влажность древесины.

Обрезной пиломатериал (желательно хвойных пород) должен иметь влажность до 18%.

Воспользовавшись справочными данными можно подсчитать общий вес конструкций после предварительного расчета шага установки и сечения стропил.

Расчетная нагрузка определяется с учетом воздействия на кровлю внешних факторов. К ним относятся атмосферные явления (снеговая и ветровая нагрузка), работы по очистке или ремонту кровли (крыша должна выдерживать вес человека). Степень атмосферного воздействия зависит от климатических особенностей местности и угла наклона кровли.

Методика, по которой ведется расчет нагрузок, предусматривает использование данных, указанных в соответствующих СНиП. Используя таблицы, можно выбрать оптимальный угол наклона скатов кровли в зависимости от выбранного кровельного материала и предполагаемых снеговых и ветровых нагрузок.

Данный параметр позволяет вычислить необходимые размеры стропильных ног и шаг их установки. Подробная схема каркаса поможет скорректировать те или иные параметры: к примеру, можно подогнать шаг стропил к ширине утеплителя для крыши.

Конфигурация и размеры стропил должны быть зафиксированы в проекте кровельной конструкции. Если в ходе строительства принимается решение заменить указанный в проекте кровельный материал более тяжелым, необходимо выполнить перерасчет стропильной системы, добавить элементы, повышающие прочность каркаса.

Принципы расчёта стропильной системы

Расчёт стропильной системы обычно рассматривается на примере односкатной или двухскатной крыши. Каркас двухскатной крыши должен быть жестким и равномерно распределять нагрузки на строительные конструкции и фундамент.

Просуммировав постоянные и дополнительные (временные) нагрузки, в полученный расчет необходимо внести поправочный коэффициент. Повысить прочность стропильной системы на 10% позволит коэффициент 1,1. Дополнительную прочность в размере 40% придаст коэффициент 1,4.

Выполняя расчёт каркаса двухскатной кровли, важно учитывать взаимосвязь между сечением стропил и шагом их установки. Взаимозависимость также существует между углом наклона ската и кровельным материалом: расчет угла ската может выполняться в соответствии с весом и особенностями монтажа выбранного кровельного материала, и наоборот – тип покрытия крыши подбирается исходя из степени наклона скатов.

Для изготовления стропильных ног при возведении двухскатной крыши обычно используется доска или брус сечением от 40×150 мм до 100×250 мм, при этом доска толщиной 40 мм может применяться лишь для легких хозяйственных построек.

Величина удельной нагрузки на погонный метр стропильной ноги зависит от величины промежутка между стропилами и общей нагрузки на поверхность кровли.

Разработка проекта двухскатной крыши может выполняться на основании таблиц из справочников, где приводятся размеры стропил, рассчитанные на основании средних и удельных величин уклонов, нагрузок и других параметров.

Важно учитывать климатические условия и использовать поправочные коэффициенты.

На выбор сечения стропил влияет и тип стропильной системы, выбранный для монтажа двухскатной кровли. Это наслонные или висячие стропила. Наслонные стропила, опирающиеся на коньковый прогон, установленный на стойках, работают на изгиб. Стропильные ноги висячих ферм – на изгиб и сжатие, при этом передавая на стены распирающую нагрузку.

Чтобы обеспечить жесткость висячей фермы и снять нагрузку на распор, устанавливаются затяжки – перемычки, связывающие стропильные ноги двухскатной конструкции.

Наличие и расположение мансардных окон, дымоходов и вентиляционных труб рекомендуется предусмотреть на этапе проектирования крыши. В противном случае перед монтажом данных элементов потребуется выполнить перерасчет стропильной системы и продумать меры по ее усилению.

Особенности расчёта односкатной конструкции

Расчет стропильной системы при строительстве односкатной крыши относится к наиболее простым.

В первую очередь следует определить подходящий угол наклона деревянной односкатной крыши, при этом:

• угол наклона до 30° повысит снеговую нагрузку на стропильную систему и потребует регулярной очистки снега;
• крыша со скатом более 60° отличается повышенной парусностью и подвергается высоким ветровым нагрузкам.

Чтобы угол ската односкатной крыши соответствовал расчетному, следует обеспечить необходимый перепад высот противоположных стен. Расчет сечения и шага установки стропил односкатной крыши выполняется в зависимости от веса кровельного материала.

Сложность конструкции и использование дополнительных элементов зависит от длины пролета, который необходимо перекрыть при возведении односкатной кровли. Если пролет не превышает 4,5 метров, установка подкосов не требуется, в остальных случаях строительство односкатной крыши связано с монтажом опорных конструкций под стропильную ногу, чтобы избежать ее изгиба под нагрузками.

Оптимальные параметры шатровой крыши

Особенностью шатровой кровли является наличие скатов треугольной формы – вальм. В отличие от классической вальмовой, диагональные стропила шатровой крыши верхней частью крепятся друг к другу, образуя единый узел в самой верхней точке. Устройство шатровой конструкции выполняется на домах со стенами одинаковой ширины. Это во многом определяет принципы расчета такой стропильной системы.

Исходя из длины стены и угла наклона ската шатровой системы (оптимальное значение – 30-40°) можно вычислить высоту конька. Затем вычисляется длина диагональных стропил, к которой следует прибавить величину карнизного свеса шатровой крыши.

Полученная длина стропильной ноги дает возможность рассчитать параметры нижней части ската и определить площадь шатровой кровли. Данный способ позволяет узнать, сколько материала потребуется для строительства шатровой кровельной системы.

Специфика возведения вальмовой крыши

Расчёт стропильной системы при обустройстве вальмовой крыши имеет свои особенности. Важно правильно выполнить расчет угла наклона и сечения диагональных стропил, которые образуют треугольные скаты на торцах вальмовой кровли. Надежность вальмовой стропильной системы во многом зависит от несущей способности накосных стропил.

Схема вальмовой крыши может подразумевать применение наслонных или висячих стропил, либо их сочетания. Расчет таких элементов вальмовой кровли, как подкосы, затяжки, шпренгели выполняются исходя из нагрузок, которые будет испытывать стропильная система.

После предварительного расчета сечений и длины всех деталей каркаса вальмовой кровли важно сделать перерасчет с учетом веса используемого материала.

Устройство ломаной крыши

Проект ломаной крыши должен отражать особенности ее стропильной системы – форму кровли, геометрические параметры, углы наклона скатов.

Надежность ломаной крыши во многом зависит от несущей способности опорного каркаса, к стойкам которого выполняется крепление нижних стропил ломаной конструкции. На этот же каркас устанавливаются стропильные фермы, образующие верхнюю часть ломаной кровли.

Затяжки скрепляют стропильные ноги ломаной кровли. Кроме того, затяжки выполняют функцию основы для монтажа потолка мансарды ломаной крыши. Расчет элементов ломаной кровли выполняется с учетом вида кровельного материала и угла наклона нижних и верхних стропил.

Строительство навеса

Возведение навеса позволяет обустроить летнюю кухню, веранду у дома, беседку или площадку для барбекю. Стропильную систему отдельно стоящего или примыкающего к зданию навеса чаще всего выполняют из дерева, но возможно и применение металла, особенно в сочетании с поликарбонатом.

Выбор материала зависит от назначения навеса и условий его эксплуатации.

Расчет сечения опор для навеса ведется с учетом нагрузок, в первую очередь атмосферных. Чаще всего конструкция навеса представляет собой кровельный скат, установленный на опорах различной высоты. Если стропила навеса должны перекрыть пролет более 4,5 метров, необходим монтаж дополнительных опор.

Верхний край навеса может монтироваться к стене здания. В этом случае схема крепления балки для опоры стропил навеса может быть различной: балка монтируется непосредственно к стене, либо примыкает к ней, уложенная на вертикальные стойки.