Конструктивные особенности и расчет ломаной крыши

Последнее обновление статьи 08.09.2020

При определенной сложности возведения ломаной крыши, она является наиболее распространенной среди частных застройщиков. Конструкция ломаной крыши позволяет обустроить чердачное помещение, пригодное для проживания в любое время года.

Особенности устройства ломаной крыши

Ломаная крыша представляет собой обычную двухскатную крышу, каждый скат которой имеет определенный излом. За счет этого излома, количество скатов увеличивается и крышу можно называть четырехскатной. Такая конструкция позволяет выгодно обыграть и увеличить площадь чердачного пространства, которое можно оборудовать под мансарду.

Устройство ломаной крыши характеризуется обязательным наличием верхних и нижних стропил. Нижние стропила, обычно, располагают под более крутым углом, чем верхние стропила. Такое расположение стропил, позволяет добиться минимально необходимой высоты потолков в мансардном помещении. Нижние стропила, чаще всего, устанавливают под углом больше или равным 60°. Верхние стропила устанавливают, примерно, под углом 30°.

Кроме того, если нижние стропила имеют угол больше 60°, то в расчетах стропильной системы, значением снеговой нагрузки пренебрегают ввиду ее отсутствия!

При строительстве ломаной крыши, наиболее рациональная ширина составляет 5-6 метров. Такое значение, позволяет обустроить мансарду без использования сложных, дополнительных конструкций. Несмотря на кажущуюся громоздкость и сложность конструкции, такую крышу, вполне возможно, соорудить собственноручно. Достаточно обладать определенными навыками и знаниями.

В конструкции ломаной крыши, кроме самих стропил, предусматривают наличие стоек, затяжек, подкосов, подвесок и т.п. Размер сечения этих элементов становится известным при расчете стропильной системы ломаной крыши.

Основы расчета площади и стропильной системы ломаной крыши

Расчет конструкции ломаной крыши можно условно разбить на следующие этапы:

• расчет площади кровельного покрытия;
• расчет несущей способности элементов стропильной системы.

Перед тем как рассчитать площадь ломаной крыши, необходимо измерить ширину и длину каждого ската крыши. Путем простого умножения длины на ширину, мы получим искомую площадь ската крыши. Суммируя площади всех скатов, находят общую площадь всей крыши. Зная типовые размеры кровельного покрытия, величину его свеса и нахлеста, можно с легкостью посчитать необходимое количество материала. А вот для расчета несущей способности стропил, придется воспользоваться приведенной методикой ниже.

Перед тем как рассчитать ломаную крышу, необходимо скачать файл [attachment=1:Расчет стропильной системы]. Карты ветровых и снеговых нагрузок, которые понадобятся при расчете, также находятся в этом файле.

В качестве примера, возьмем коробку дома с размерами 10×10 м. Высота коробки 3 м. Высота крыши от балок перекрытия до конька составляет 4,93 м. Воспользуемся приблизительной схемой с пропорциями.

При использовании таких пропорций, углы нижних и верхних скатов, составляют около 60° и 30° соответственно. Если угол наклона нижнего ската примерно равен или больше 60°, то снеговая нагрузка отсутствует и не учитывается при расчете сечения нижних стропил. Здесь высота размещения излома принята равной 3.1 м. Такая величина высоты позволяет, в конечном итоге, получить высоту чистового мансардного потолка в районе 2.5 м, с учетом его возможной отделки гипсокартонном. Вынос балок перекрытия составляет в среднем 400-500 мм и зависит от пожелания застройщика. В нашем примере возьмем величину выноса равным 500 мм.

Процедуру расчета для удобства понимания разделим на следующие этапы:

1. Необходимо определить ветровую нагрузку, воздействующую на крышу. Воспользуемся картой ветровых нагрузок, которую можно скачать из файла выше.

   

   По карте необходимо выбрать номер региона, в котором будет строиться дом, и определить значение ветрового давления по легенде, расположенной внизу слева.

   Выбранное значение ветрового давления, необходимо умножить на поправочный коэффициент k, который зависит от высоты здания и от типа местности.

   

   Здесь необходимо учитывать, что дом может располагаться на городской территории, но построен возле моря или озера. В таком случае принимают значение из столбика «А».

   Допустим, что мы строим дом в Тюмени. Она расположена в первом ветровом регионе. Высота дома составляет 7,93 метра и, предположим, что он будет строиться в населенном пункте. Выбираем поправочный коэффициент k равный 0,65. Для нашего примера ветровая нагрузка составит: 24×0,65=15,6 кг/м².

2. Находим снеговую нагрузку, действующую на крышу. Теперь воспользуемся картой снеговых нагрузок.

   

   Определяем регион, в котором будет строиться дом и из таблицы ниже, выписываем снеговую нагрузку, которая соответствует этому региону.

   

   Если город расположен на границе регионов, то необходимо выбирать большее значение. Полученное значение снеговой нагрузки, корректируют с помощью поправочного коэффициента, который зависит от угла наклона скатов крыши. Мы этого делать не будем, так как программа все сделает самостоятельно.

   В нашем примере дом строится в Тюмени – это третий снеговой регион, поэтому принимаем нагрузку 180 кг/м².

3. Далее необходимо открыть, скачанный файл «Расчет стропильной системы». Расчетная программа представляет собой таблицу, выполненную в Excel. После ее запуска мы попадаем на вкладку «Нагрузки». Здесь нам необходимо внести некоторые изменения в ячейки, залитые небесным цветом. Расчет происходит автоматически.

   

   Начинаем вводить наши данные в таблицу. Проделывать мы это будем два раза, так как нижний и верхний скат крыши имеют различные углы наклонов и различные снеговые нагрузки.

   • В таблице «Исходные данные» вводим угол наклона (в нашем примере это будут углы 30° и 60°);
   • Изменяем шаг стропил. Для нашего примера, шаг стропил примем равным 0,6 метра;
   • В строку «Нагр. кровли» записывают собственный вес кровельного покрытия. Его значения выбирают из таблицы:

   

   Для нашего примера возьмем металлочерепицу. Вес составляет 5 кг/м².

   • В строку «Снег (район)» необходимо вписать сумму ветровых и снеговых нагрузок. Для расчета обрешетки нижнего ската крыши, снеговую нагрузку учитывать не будем, так как угол наклона составляет 60°. Значит, запишем только ветровую нагрузку равную 15,6 кг/м². А для расчета верхнего ската, угол которого составляет 30°, учитываем снеговую нагрузку. То есть 15,6+180=195,6 кг/м²;
   • Строку «Утепление (манс.)» оставляем без изменений, так как у нас теплоизоляционный материал будет проложен между стропил. В случае обустройства холодного чердака – принимаем данное значение равное нулю;
   • В таблицу «Обрешетка» записываем размеры и шаг обрешетки. В нашем случае обрешетка выполняется под металлочерепицу с шагом равным 0,35 м. Ширину возьмем 10 см, а высоту 2,5 см.

   Нагрузки от веса обрешетки и стропил программа считает автоматически.

   Вот что у нас получилось для нижнего ската крыши:

   

   Теперь вводим данные для верхнего ската крыши и видим следующий результат:

   

   В двух вариантах нам отобразилась надпись «Несущая способность обрешетки обеспечена!». Это значит, что размеры и шаг обрешетки выбраны правильно. Больше в этой таблице мы ничего не трогаем и не изменяем. Если, к примеру, увеличить шаг стропил, то несущая способность обрешетки может уже не обеспечиваться. В таком случае, подбирают бо´льшие размеры обрешетки или уменьшают ее шаг.

4. Переходим на вкладку «Строп.1», в которой рассчитывают сечение стропил с двумя точками опоры.

   • Здесь нам необходимо, на схеме стропила, изменить длину горизонтальной проекции балки нижнего ската (ячейка залита небесным цветом). В нашем случае длина составит 1.83 м;
   • В таблице «Расчет стропил» значение в ячейке «В заданное» необходимо заменить на выбранное нами. Принимаем его равным 5 см. Эта величина всегда должна быть больше указанной «Втр (устойч.)»;
   • Далее в строку «Н (по сорт-ту)» необходимо добавить в сантиметрах ширину стропила. Эта величина всегда должна быть больше значений величин в строках «Нтр (прочн.)» и «Нтр (прогиб)». Если это условие соблюдается, то увидим три надписи «Условие выполнено!». В строке «Н (по сорт-ту)» находится значение, которое предлагает нам программа. Выбираем это значение или ближайшее наибольшее, которое доступно на рынке строительных материалов.

   Вот что у нас получилось:

   

   Для того чтобы соблюдались условия прочности, балки нижнего ската должны иметь сечение 5×10 см. Выписываем значение вертикальной силы (понадобится для дальнейших расчетов). Оно расположено возле вертикальной красной стрелки. Обозначим ее Q1 и запишем ее значение Q1=174.52 кг.

5. Переходим во вкладку «Арка», на которой будем подбирать сечение для верхних балок. Здесь необходимо указать высоту h0, которая в нашем примере составляет 11÷6=1.83 м. Угол наклона для верхних стропил изменился и мы вводим теперь 30°. Длина L является длиной горизонтальной проекции верхних балок. Ее величина составляет 7.34 м. Теперь, по аналогии со стропилами нижнего ската, указываем ширину балок 5 см, а высоту берем равной или больше по сравнению со строкой «Н (по сорт-ту)». Для нашего случая подойдут балки сечением 5×20 см.

   

   Также необходимо выписать значение вертикальной реакции. Она обозначена красной стрелкой вверх. Для нашего случая Q=699.98 кг.

6. На вкладке «Стойка» необходимо изменить данные для значений вертикальной нагрузки, изгибающего момента и высоты стойки.

   • Чтобы узнать, какая сосредоточенная вертикальная нагрузка передается на балки через стойки, просуммируем ранее выписанные силы Q и Q1. N=Q+Q1=699.98+174.52=874.5 кг. В ячейку «N» необходимо записать данное значение в тоннах, то есть 0.8745 т., при этом округление произойдет автоматически;
   • Высоту стойки вводим в ячейку «L». Для нашего примера – это 317 см;
   • Вводим размеры нашего сечения 5×10 см и видим, что условие не выполняется. Значит, сечение необходимо увеличить, и выбираем 5×15 см. Теперь видим надписи «Центральное обеспечено!» и «Внецентр. обеспечено!». Все подобрано правильно.



7. На вкладке «Балка» подберем сечение для балок перекрытия от распределенных и сосредоточенных нагрузок. В нашем случае балка перекрывает два пролета одинаковой ширины по 5 м. Для расчета сечений затяжек (ригелей) также воспользуемся этой вкладкой.

   • В таблице «Распределенная нагрузка» меняем значение шага стропил и пролета балок соответственно на 0.6 м и 5 м;
   • Изменяем значения «Нагр. (норм.)»=350 кг/м² и «Нагр. (расч.)»=450 кг/м². Величина этих нагрузок усредненная, и взята по СНиПу с хорошим запасом прочности. В них учитывается собственный вес перекрытий и эксплуатационная нагрузка (мебель, люди и т.п.);
   • Для расчета сечений затяжек (ригелей) принимаем значения для этих нагрузок «Нагр. (норм.)» и «Нагр. (расч.)» равным 150 кг/м², ввиду отсутствия на них эксплуатационных нагрузок;
   • В строчку «В (заданная)» записываем нашу ширину сечения балок — 10 см;
   • В строках «Н (прочность)» и «Н (прогиб)» выбираем большее значение сечения;

   

   • Далее вводим данные в таблицы «Сосредоточенная нагрузка» и «Распредел. +сосредоточ.». В обе таблицы необходимо внести значения нашего пролета — 5 м;
   • В таблицу «Сосредоточенная нагрузка» для «Нагр. (норм.)» и «Нагр. (расч.)» записываем значение нагрузки на стойку N=874.5 кг/м²;
   • В обе таблицы в строку «В (заданная)» запишем нашу ширину сечения балки — 10 см;
   • Из таблицы «Распредел. +сосредоточ.» выбираем высоту сечения балки, ориентируясь на большее значение. Для нашей крыши балки перекрытия будут иметь размер 10×30 см;
   • Чтобы рассчитать сечение балок для затяжек, в таблице «Распределенная нагрузка», изменим значение в ячейке «В (заданная)» на 5 см. Выбираем подходящую высоту для балки. Из рисунка видно, что размеры сечения затяжных балок будут составлять 5×20 см.

   

На этом расчет стропильной системы ломаной крыши закончен.

Как видно, возведение и расчет ломаной крыши – достаточно хлопотный процесс, который с лихвой компенсируется преимуществом расширения жилого пространства.