Как проводить расчеты каркаса крыши

Посмотрев на возведенный дом, можно оценить конструкции двускатной или мансардной крыши, цвет и рисунок кровельного покрытия, архитектуру всего здания. Однако невозможно увидеть то, что обеспечивает все эти элементы. Система стропил (ферма) является основой крышной постройки, она отвечает за качество, комфорт и долговечность всего дома.

Стропильная система двухскатной кровли.

Расчет стропильной системы является ведущим этапом в проектировании здания, который определяет все параметры несущих конструкций.

Факторы, которые необходимо учитывать при расчете стропильной системы

Прежде чем приступить к непосредственному расчету системы стропил, нужно определиться с интенсивностью разных нагрузок, которые будут на протяжении всех времен года воздействовать на кровлю.

Влияющие факторы, в зависимости от природы, классифицируются на:

1. Нагрузки постоянного характера. К этой категории относится та нагрузка, которая будет постоянно воздействовать на конструкцию фермы. Сюда относится вес кровли, гидроизоляция, обрешетка, паро- и теплоизоляция и прочие элементы двускатной или мансардной крыши, которые создают постоянную величину с фиксированным весом.
2. Переменные нагрузки. К этому типу относятся климатические факторы: осадки, снег, интенсивность ветровых потоков и др.
3. Нагрузки особого типа. Здесь учитывается климатическое влияние с повышенной интенсивностью. Данный параметр нужно учитывать в областях с вероятной сейсмической активностью или в местах, где возможны сильные штормовые ветра или ураганы.

Сложность расчета фермы обуславливается тем, что новичкам строительного промысла будет тяжело учитывать все типы нагрузок одновременно. Поскольку, кроме вышеназванных показателей, нужно учитывать прочность и вес самих стропильных ног, способ их крепления друг с другом и другие, не менее важные, но менее популярные величины, на помощь приходят программы расчета стропильного бруса и фермы, но порой легче воспользоваться формулами расчета. Так как именно анализ, проведенный своими силами, поможет «прочувствовать» все особенности конструкции возводимой, к примеру, мансардной крыши.

Расчет постоянной нагрузки на конструкцию фермы

Структурные элементы кровли

Расчет нагрузки на стропила.

Для правильного определения длины стропильного бруса и цифр, на которые нужно при этом ориентироваться, первым делом необходимо рассчитать общий вес кровельного «пирога». Для получения итогового значения необходимо провести вычисления веса одного метра квадратного каждого из слоев. Среднестатистическая кровля состоит из таких элементов:

1. Обрешетка. Она монтируется из небольшой толщины досок, обычно 2,5 см. Вес одного квадрата обрешетки равняется 15 кг.
2. Слой утеплителя.
3. Гидроизоляционный слой.
4. Кровельное покрытие.

Переходя к суммированию всех полученных данных, советуется увеличить результат на 10%, то есть сделать произведение результата и постоянного коэффициента 1,1.

Это даст возможность оставить запас прочности для будущей фермы.

Специалисты советуют подбирать материалы кровельного «пирога» таким образом, чтобы показатель нагрузки в итоге не превышал значения 50 кг на один квадратный м.

Некоторые считают нагрузку в 50 кг завышенной, но стоит принимать во внимание то, что излишек прочности никогда не будет лишним.

Завершив расчет веса кровельного «пирога», необходимо приступать к расчету следующего показателя - снеговой нагрузки.

Расчет показателя снеговой нагрузки

Фактор снеговой нагрузки является немаловажным, так как многие регионы довольно долго испытывают воздействие снеговых осадков. Чтобы крыша не проломилась под тяжестью снега, необходимо заранее побеспокоиться о дополнительной прочности.

Для удобства расчета выведена специальная формула, в которую подставляются коэффициенты из СНиП. Формула выглядит так:

F = P k, где F - это полная снеговая нагрузка, P - вес снега, приходящийся на 1 квадратный м, k - корректирующий коэффициент.

Вес снежного покрова на 1 квадратный м крыши определяется по месту расположения самого строения. Все регионы по интенсивности выпадаемых осадков разделяются на снеговые зоны, каждая из которых имеет усредненное значение.

Варианты корректирующего коэффициента для разного угла наклона скатов

Обрешетки для рулонных (А), плиточных (Б) и толевых (В) покрытий: 1 - стропила- 2 - обрешетка- 3 - стальные листы- 4 - рубероид (толь)- 5 - рулонное покрытие- 6 - асбоцементные плитки- 7 - защитное покрытие.

В СНиПе же можно найти корректирующий коэффициент. Его изменения происходят в зависимости от уклона ската мансардной или другой скатной крыши:

• если уклон крыши составляет больше 60 градусов, этот коэффициент не применяется, поскольку на крутых скатах снеговая шапка не образовывается;
• при угле наклона крыши от 25 до 69 градусов вводится корректирующий коэффициент, равняющийся 0,7;
• крыши, у которых наклон скатов еще меньше (практически пологие), нуждаются в корректировке, равной 1.

Необходимо учитывать тот факт, что снежная масса по поверхности мансардной или иной скатной крыши распределяется неравномерно, а наиболее значительные скопления образуются в местах излома (ендовы, выход слуховых окон и пр.). Стропильные ноги в этих местах рекомендуется устанавливать с минимальным шагом - наилучшим вариантом будет установка спаренных элементов. Помимо этого, при формировании слоев кровельного «пирога», в сложных зонах необходимо использовать двойную гидроизоляцию и сплошную обрешетку.

Все результаты расчетов лучше умножать на 1,1, увеличивая на 10 процентов запас прочности.

Как рассчитать ветровую нагрузку

Схема ветровой нагрузки на крышу.

Этот тип нагрузки обладает высоким уровнем критичности, поскольку, вне зависимости от угла наклона крыши, она подвергается риску при воздействии сильного ветра. При малом угле наклона появляется угроза разрушения и срыва крыши под влиянием аэродинамической нагрузки. А большой уклон кровли может привести к тому, что крыша по всей своей поверхности испытывает на себе большое давление ветра.

Чтобы рассчитать ветровую нагрузку на крышу, также выведена специальная формула с поправочными коэффициентами. Она выглядит так:

V = R k, где V - это значение ветровой нагрузки, R - показатель вашего региона, k - корректирующий коэффициент.

Изменение поправочного коэффициента в зависимости от высоты здания

Показателем региона является табличное значение, которое указывается в СНиПе, а поправочный коэффициент выбирается в соответствии с высотой дома и местностью, в которой располагается постройка. Величина коэффициента изменяется таким образом:

• значение для зданий высотой 20 м на открытой местности равняется 1,25, если на территории есть препятствия (высокие постройки, посадка и пр.), то коэффициент равен 0,85;
• для домов 10-метровой высоты применяется поправка 1,0 и 0,65;
• показатели 0,75 и 0,85 используются для расчета нагрузки для низких 5-метровых домов в зависимости от места строительства дома.

Как правильно рассчитать конструкцию фермы

Для правильного понимания расчета фермы необходимо учитывать тот факт, что вся конструкция в действительности являет собой систему треугольников, поэтому при определении длины досок обычно проблем не возникает. Но чтобы правильно рассчитать конструкцию стропил, необходимо учитывать все показатели нагрузки, величину пролетов, шаг обрешетки и особенности разновидности самой крыши. Чтобы не допустить ошибок и не просчитаться, необходимо скачать специальные программы для точного расчета стропильной системы. Она предполагает ввод всех необходимых показателей и выведение итогового результата.

При расчете конструкции фермы можно брать на вооружение таблицы стандартов. Готовые стропильные ноги представлены на строительном рынке досками длиной от 4,5 до 6 м, но это не предельные величины. От конструкции строения зависит изменение длины стропильной ноги на необходимую.

Выбор сечения стропильных ног

Подбор сечений стропил определяется зависимо от таких факторов:

• длина стропильной ноги;
• шаг установки стропил;
• известные величины нагрузок.

Оптимальные значения сечений стропильной ноги приведены в таблице.

Таблица. Оптимальные значения сечений стропильной ноги.

Но не стоит забывать, что рекомендованные параметры могут изменяться в зависимости от региона. Самой простой задачей при расчете конструкции фермы является расчет стропильной ноги. Чтобы вывести значение правильно, рекомендуется воспользоваться теоремой Пифагора: катетами будут выступать разница в высоте между стенами строения и его ширина, а гипотенузой будет стропильный брус, длину которого и необходимо узнать.

Какие программы следует скачать для проведения расчета фермы?

Расчет системы стропил здания никак нельзя назвать простым. Поскольку для получения верных данных нужно не только уметь оперировать исходными величинами и формулами, быть осведомленными о СНиПе, но и обладать навыками черчения и пространственным воображением. Если вы не до конца уверены в своих силах, но желаете все же своими руками и бесплатно осуществить проведение расчетов, можно смело скачать и пользоваться профессиональной специальной программой.

Примером высокоточных информационных продуктов являются программы Автокад и 3D Max. Если вы обладаете определенными навыками, то справиться с такими ПО не составит вам никакого труда.

В расчетных программах можно найти пример расчета стропильной системы для большего удобства оперирования вашими данными.

Но есть еще более простые пути. К примеру, можно бесплатно скачать программу Аркон- в ней возможно осуществить проектирование стропильной системы, в ней есть калькулятор для расчета сечения и длины стропильного бруса. В этой программе легко работать благодаря простому интерфейсу и простому вводу данных.

Чтобы не скачать расчетные программы, можно бесплатно воспользоваться онлайн-версиями. Это калькуляторы, представляющие данные о величинах конструкции фермы, исходя из введенных вами сведений.