Стропильная система - основа крыши

Стропильная система обеспечивает необходимую форму, прочность и устойчивость крыши, а также переносит все нагрузки, действующие на крышу, на фундамент и стены здания. Поэтому адекватный расчёт конструкции стропил – это важный и ответственный этап проектирования и строительства крыши, который требует учёта многих факторов:

вид и форма крыши;
климатические условия региона;
материал и сечение стропил;
шаг и длина стропил;
вид и вес кровельного покрытия;
дополнительные элементы крыши, такие как фронтоны, свесы, коньки, фонари и так далее

В этой статье мы рассмотрим основные этапы и методы расчёта стропильной системы, а также дадим рекомендации по выбору оптимальных параметров и материалов для Вашей крыши.

Этапы расчёта стропильной системы

Расчёт стропильной системы можно разделить на следующие этапы:

1. Выбор вида и формы крыши.

2. Определение геометрических параметров крыши, таких как угол наклона, высота, ширина, длина.

3. Определение нагрузок, действующих на крышу, таких как снеговая, ветровая, температурная.

4. Выбор материала и сечения стропил, а также способа их соединения.

5. Расчёт прочности и устойчивости стропильной системы, а также проверка на допустимые прогибы и деформации.

Определение геометрических параметров крыши

Геометрические параметры крыши – это размеры и углы, которые определяют форму и объём крыши. Геометрические параметры крыши зависят от вида и формы крыши, а также от размеров и планировки здания. Геометрические параметры крыши включают в себя:

Угол наклона – это угол между горизонтальной плоскостью и склоном крыши. Угол наклона влияет на отвод воды и снега, теплоизоляцию, ветровые нагрузки и эстетику крыши. Угол наклона может быть разным для разных видов крыш, но обычно он составляет от 10 до 60 градусов.

Высота – это вертикальное расстояние от основания до вершины крыши. Высота влияет на объём и площадь крыши, а также на визуальное восприятие здания, и обычно она составляет от 1/4 до 1/3 от ширины здания.

Ширина – это горизонтальное расстояние между краями крыши, влияющая на площадь и вес крыши, а также на количество и длину стропил. Обычные параметры ширины – она равна или меньше ширины здания.

Длина – это горизонтальное расстояние между фронтонами крыши. Этот параметр влияет на площадь и вес крыши, а также на количество и длину стропил, и должен быть равен или больше длины здания.

Пролёт – это горизонтальное расстояние между опорами стропил. Пролёт влияет на прочность и устойчивость стропил, а также на их сечение и шаг. Обычное значение – от 3 до 6 метров.

Шаг – это горизонтальное расстояние между соседними стропилами. Шаг влияет на количество и вес стропил, а также на их сечение и прогиб. Размер шага – от 0,5 до 1,5 метра.

Определение нагрузок, действующих на крышу

Нагрузки, действующие на крышу – это силы, которые прилагаются к крыше и вызывают её деформацию, перемещение и разрушение. Нагрузки, действующие на крышу, зависят от вида и формы крыши, а также от климатических условий региона. Нагрузки, действующие на крышу, включают в себя:

Постоянные нагрузки – это нагрузки, которые не изменяются во времени и пространстве, такие как вес кровельного покрытия, стропил, фронтона, свеса и так далее. Постоянные нагрузки определяются по справочным таблицам или по формулам, в зависимости от материала и толщины покрытия, сечения и длины стропил и других параметров.

Временные нагрузки рассчитываются в зависимости от региона, сезона, высоты здания и других параметров. Временные нагрузки включают в себя:

а) снеговая нагрузка – это нагрузка, вызванная весом снега, накапливающегося на крыше. Она зависит от плотности и толщины снега, угла наклона крыши, формы и размеров крыши, наличия препятствий и ветрового действия.

Снеговая нагрузка рассчитывается по формуле: Ms = Q Ks Kc, где Ms – снеговая нагрузка. Q – масса снегового покрова, покрывающая 1 м2 плоской горизонтальной поверхности крыши. Ks – коэффициент, учитывающий форму и угол наклона крыши. Kc – коэффициент, учитывающий неравномерное распределение снега по поверхности крыши.

б) ветровая нагрузка – это нагрузка, вызванная давлением и тягой ветра на крышу. Ветровая нагрузка зависит от скорости и направления ветра, высоты и формы здания, рельефа и застройки местности, угла наклона и формы крыши.

Ветровая нагрузка рассчитывается по формуле: Mw = q Kz Kd Kf Ka, где Mw – ветровая нагрузка. q – базовое давление ветра на высоте 10 м над землей. Kz – коэффициент изменения давления ветра с высотой. Kd – коэффициент, учитывающий динамический характер ветра. Kf – коэффициент, учитывающий форму и размеры крыши. Ka – коэффициент, учитывающий аэродинамическое взаимодействие крыши с ветром.

в) температурная нагрузка – это нагрузка, вызванная температурными перепадами и деформациями материалов крыши. Температурная нагрузка зависит от температуры воздуха, солнечного излучения, теплопроводности и теплорасширения материалов крыши, угла наклона и формы крыши.

Температурная нагрузка рассчитывается по формуле: Mt = E t I, где Mt – температурная нагрузка. E – модуль упругости материала крыши. – коэффициент линейного теплового расширения материала крыши. t – разность температур между наружной и внутренней поверхностями крыши. I – момент инерции сечения стропила.

г) специальные нагрузки – это нагрузки, вызванные особыми обстоятельствами, такими как землетрясения, пожары, взрывы. Специальные нагрузки редко действуют на крышу, но могут иметь катастрофические последствия. Специальные нагрузки определяются по специальным нормам и правилам, в зависимости от региона и типа здания.

Выбор материала и сечения стропил, а также способа их соединения

Мы говорим о параметрах, которые определяют прочность, устойчивость и долговечность стропильной системы. Они зависят от вида и формы крыши, а также от нагрузок, действующих на крышу, и включают в себя:

Материал стропил – это материал, из которого изготовлены стропила. Он должен быть прочным, устойчивым к влаге, гниению, горению и коррозии, а также экологически безопасным и экономичным. Наиболее распространёнными материалами стропил являются дерево и металл. Дерево – это природный и доступный материал, который имеет хорошие теплоизоляционные и звукоизоляционные свойства, а также придаёт крыше теплоту и уют. Металл имеет высокую прочность, устойчивость к деформациям и долговечность, а также придаёт крыше современный и стильный вид.

Сечение стропил – это форма и размер поперечного сечения стропил. Значение этих параметров должно быть достаточным для переноса всех нагрузок, действующих на крышу, а также для обеспечения необходимой жёсткости и устойчивости стропил. Обычно оно составляет от 50х100 до 200х200 мм для деревянных стропил и от 40х40 до 100х100 мм для металлических стропил.

Способ соединения стропил – это способ, которым стропила соединяются между собой и с несущими стенами, который должен быть надёжным, простым и безопасным, а также обеспечивать необходимую жёсткость и устойчивость стропильной системы. Используются разные методы для разных видов крыш, но наиболее распространёнными являются накладные, врезные, прямые и угловые соединения, а также соединения с помощью гвоздей, болтов, скоб, пластин и других крепёжных элементов.

Расчёт прочности и устойчивости стропильной системы, а также проверка на допустимые прогибы и деформации

Это процесс, в ходе которого определяется, способна ли стропильная система выдержать все нагрузки, действующие на крышу, без разрушения, потери устойчивости и чрезмерных деформаций и включает в себя:

Расчёт внутренних усилий в стропилах, таких как изгибающий момент, поперечная сила, осевая сила и крутящий момент. Внутренние усилия в стропилах определяются по формулам статики, в зависимости от типа нагрузки, способа опирания и формы стропила.

Расчёт напряжений в стропилах, таких как нормальные, касательные и сдвиговые напряжения. Напряжения в стропилах определяются по формулам сопротивления материалов, в зависимости от внутренних усилий, сечения и материала.

Сравнение напряжений в стропилах с допустимыми напряжениями для данного материала определяются с учётом влияния влажности, температуры, длительности нагрузки и других факторов. Если напряжения в стропилах не превышают допустимые напряжения для данного материала, то стропила считаются прочными.

Расчёт прогибов и деформаций стропил, таких как вертикальный прогиб, горизонтальный прогиб, угол поворота и угол наклона. Прогибы и деформации стропил определяются по формулам сопротивления материалов, в зависимости от внутренних усилий, сечения, материала и длины стропила.

Сравнение прогибов и деформаций стропил с допустимыми прогибами и деформациями для данного вида крыши. Допустимые прогибы и деформации для данного вида крыши определяются по справочным таблицам или по формулам, в зависимости от функциональных и эстетических требований к крыше. Если прогибы и деформации стропил не превышают допустимые прогибы и деформации для данного вида крыши, то стропила считаются устойчивыми.

Составление чертежа и схемы стропильной системы

А также расчёт необходимого количества и длины стропил и других элементов – это процесс, в ходе которого определяется геометрия и конфигурация стропильной системы, а также количество и размеры необходимых материалов для её постройки, осуществляется по результатам предыдущих этапов расчёта, а также по общим правилам и нормам проектирования и строительства крыш. Эта работа включает в себя:

Составление плана и разреза крыши, на которых отображаются основные параметры крыши, такие как угол наклона, высота, ширина, длина, пролёт, шаг, свес, фронтон.

Составление схемы стропильной системы, на которой отображаются типы и расположение стропил, а также способы их соединения между собой и с несущими стенами.

Расчёт количества и длины стропил, а также других элементов, таких, как обрешётка, мауэрлат, ригель, стойка, стремянка, косоур, брусья, гвозди, болты, скобы, пластины. Рассчитывать нужно в зависимости от нагрузок, действующих на крышу, и других параметров.

Заключение

Стропильная система – это важная и сложная часть любой скатной крыши, которая требует тщательного проектирования и расчёта, а также профессионального монтажа и обслуживания. Существует множество факторов, которые влияют на выбор вида и формы крыши, материала и сечения стропил, способа их соединения, а также на определение нагрузок, действующих на крышу, и проверку прочности и устойчивости стропильной системы.

Если Вы хотите упростить себе задачу расчёта стропильной системы, Вы можете воспользоваться онлайн-калькулятором, который позволит Вам подобрать сечение и длину стропил, нагрузки, угол наклона, а также получить чертёж и схему стропильной системы. Однако не забывайте, что онлайн-калькулятор не может заменить полноценный расчёт, который должен выполняться квалифицированным инженером-проектировщиком.

ВИДЕО:

При полном и/или частичном копировании данного материала, для последующего размещения его на стороннем ресурсе, обратная, индексируемая ссылка на источник обязательна!