Расчет стропил из металла

Обновлено: 18.05.2024

Стропила и обрешетка – каркас крыши, который несет на себе всю тяжесть кровельного пирога, термоизоляции, снеговую нагрузку, поэтому они должны обладать высокой несущей способностью, прочностью. Идея использовать металлические стропила, чтобы конструкция кровли получилась более жесткой, не нова, но ранее она применялась в основном для перекрытия промышленных или хозяйственных сооружений. Сейчас стропильный каркас и обрешетка из металлопрофиля считаются реальной альтернативой деревянным элементам крыши, если длина ската превышает 10 метров.

Функции стропил

Конструкция стропильного каркаса крыши состоит из множества взаимосвязанных элементов, которые образуют фермы. Шаг, величину сечения между стропилами и другими опорами определяет расчет нагрузок, которым они подвергаются в процессе эксплуатации. Кровельный каркас выполняет следующие функции:

Распределение нагрузки. Взаимосвязанные узлы, усиленные уголками, равномерно распределяют вес кровли, который может достигать с учетом снеговой нагрузки до 500-600 кг. Чем больше сечение стропил и меньше шаг между ними, тем большую несущую способность имеет конструкция.
Придание уклона и формы. Стропила, расположенные под углом к основанию крыши, формируют наклонную плоскость скатов, благодаря чему на поверхности кровли не скапливается снег и вода.
Формирование основания для фиксации кровельного материала. Крепление финишного покрытия кровельного пирога происходит к каркасу кровли. Обрешетка выступает как основа для фиксации покрытия, распределяющая его вес равномерно по стропильным балкам.

Обратите внимание! Какими должны быть все узлы, стропила и обрешетка кровельной конструкции определяет инженерный расчет. Чтобы определить необходимую несущую способность каркаса, необходимо вычислить суммарную нагрузку, которой он будет подвергаться. Для этого складывают вес кровельного материала, утеплителя, гидроизоляции, максимальную снеговую нагрузку с весом стропильной системы.

Виды стропильных систем

Наиболее распространённым материалом, из которого изготавливается обрешетка и стропила каркаса кровли, считается древесина. Однако, если вес кровельного материала достаточно велик, а длина ската больше 6 метров, то конструкция получается слишком массивной. Строителям приходится уменьшать шаг между стропильными ногами, увеличивать их сечение, из-за чего узлы кровли приобретают большой вес, увеличивая нагрузку на фундамент. Разгрузить несущие стены и основание постройки можно, используя более прочные, но легкие металлические стропила. По типу использованного материала выделяют следующие типы стропильных систем:

Деревянные. Стропила и обрешетка из дерева применяются для возведения крыш, длина ската которых не превышает 7-10 метров. Крепление элементов каркаса между собой происходит с помощью саморезов, гвоздей или подвижных металлических элементов. Шаг между ногами обычно бывает в пределах 50-80 см.
Металлические. Металлические кровельные каркасы изготавливают из стального металлопрофиля с цинковым покрытием, который не боится влаги. Стропила и обрешетка из этого материала легкие, прочные, поэтому шаг между ними можно увеличить до 1,5-2 метра. Крепление металлопрофиля выполняют при помощи сварки или крепежных элементов. Металлические узлы крыши применяют при длине ската от 10 метров.
Комбинированные. Стропильный каркас, сочетающий металлические и деревянные узлы, называют комбинированным. Сочетание опорных элементов из дерева и оцинкованной стали позволяет сделать более дешевую конструкцию, обладающую высокой несущей способностью, увеличив шаг между стропилами.

Учтите, что металлические и деревянные элементы каркаса нельзя соединять между собой без прокладки из гидроизоляционного материала или обработки антисептическим препаратом. Так как металл обладает высокой теплопроводностью, его соседство с деревом приводит к образованию конденсата и загниванию стропил.

Методы крепления

Металлические стропила собирают в фермы треугольной, трапециевидной или арочной формы. К балкам рамы прикрепляют внутренние ребра жесткости, которые образуют уголки, значительно увеличивающие несущую способность каркаса. Такая система позволяет сделать шаг между стропилами больше, сделав расчет на опорные возможности каждой фермы. Крепление металлических элементов каркаса крыши выполняют одним из следующих методов:

Крепление с помощью сварки. Если сварить детали стропильной системы с помощью сварочного аппарата, можно получить жесткую конструкцию, обладающую высокой прочностью и несущей способностью. Если правильно выполнить расчет кровли, можно облегчить каркас и снизить нагрузку на фундамент сооружения. Недостаток этого метода в том, что выполнить сварку может только профессионал с помощью специального оборудования.
Крепление с помощью болтов. Фиксация стропил с помощью крепежных элементов позволяет выполнить менее жесткое крепление. Этот способ сборки стропильного каркаса на основе металлопрофиля используется в частном домостроении, где длина скатов не превышает 10 метров. Отказ от сварки позволяет ускорить монтаж крыши.

Опытные мастера делают расчет на то, что металлическая обрешетка и стропила могут выдержать больший вес, чем деревянные, поэтому можно увеличить шаг между ними и уменьшить толщину сечения элементов. Более того, в строительных магазинах продаются готовые стропильные фермы, крепление которых выполнялось методом сварки, пригодные для перекрытия построек стандартной ширины.

Преимущества

Металлический стропильный каркас используют для возведения крыш любой формы, любой скатности с уклоном от 1-2 градусов. В качестве материала, из которого изготавливаются стропила и обрешетка, используются стальные уголки, трубы круглого и прямоугольного сечения, тавры. Чтобы правильно подобрать толщину элементов каркаса и выбрать шаг между ними, выполняют расчет конструкции крыши, учитывающий постоянные и временные нагрузки, которые передаются стропильным балкам в процессе эксплуатации. Достоинствами стропильной системы из этого материала считают:

Пожарная безопасность. В отличии от деревянных, металлическим балкам каркаса не страны возгорания, что повышает пожаробезопасность здания.
Простота обслуживания. Цинковое гальваническое покрытие, которым покрывают стальные уголки, защищает каркас крыши от коррозии в течении всего срока службы. Им, в отличии от деревянных, не требуется ежегодная обработка антисептиком.
Безотходность. Хотя металлические конструкции обходятся достаточно дорого, оно считается экономически выгодным, так как крепление выполняется сварным методом, а отходов практически не остается.
Долгий срок службы. Если правильно выполнить расчет нагрузок, то кровельный каркас из металла прослужит более 100 лет, что превышает срок эксплуатации даже самых устойчивых кровельных покрытий.

Профессиональные кровельщики считают, что целесообразно использовать сварные металлоконструкции для изготовления стропильного каркаса крыши при длине ската от 10-12 метров. При этом главная задача – правильно выполнить расчет нагрузок, а затем определить шаг между ногами в соответствии с климатическими характеристиками и свойствами кровельного материала.

Недостатки

Несмотря на очевидные достоинства, металлические стропильные системы – не самое популярное конструктивное решение в частном домостроении. Даже большой шаг между стропилами и разреженная обрешетка при высокой стоимости метала не могут сделать конструкцию дешевле деревянной. Недостатками металлических стропил считают:

Высокая теплопроводность. Металл обладает высоким коэффициентом теплопроводности, поэтому стропила и обрешетка крыши образуют мостики холодна. С точки зрения энергоэффектвности, каркас из металлопрофиля – не лучшее решение.
Проблематичность транспортировки и монтажа. Выбирая металлическую стропильную систему, принимайте в расчет, что перевозить, поднимать на высоту и осуществлять крепление длинных и тяжелых элементов сложнее, чем стропила пиломатериалов стандартной длины.
Сложность монтажа. Для подъема на высоту и фиксации ферм используется специальная техника, аренда или покупка которой обходится дорого.
Деформация под действием высокой температуры. Хотя металл считают негорючим материалов, во время пожара он сильно деформируется, что обычно приводит к обрушению кровли.

Чтобы определить имеет ли смысл использовать более дорогие стропильные элементы из металлопрофиля, нужно выполнить расчет каркаса крыши. Если длина ската превышает 10 метров, а нагрузка более 450-600 кг, то монтаж металлического каркаса экономически целесообразен.

Как из профильной трубы своими руками сделать односкатную крышу: расчет, строительство, нюансы

Односкатные кровельные конструкции широко применяются в жилом строительстве, их часто возводят на загородных и дачных участках.

Зачастую при их создании невозможно использовать стропила из древесины, поскольку этот материал имеет низкую прочность и со временем разрушается под воздействием влаги.

Наиболее оптимальным вариантом является односкатная крыша из профильной трубы.

Особенности конструкции: ферма

Основой металлоконструкции является ферма. Они придают необходимую жёсткость и несущую способность. Металлокаркас состоит из плоских линий верхнего и нижнего контуров. В промежутке между 2 контурами находится решетка, которая представлена раскосами и стойками. Все элементы фермы соединяются между собой с помощью узловых фасонок.

Можно приобрести готовые конструкции со стандартными параметрами, а можно изготовить крышу из профильной трубы самостоятельно.

Плюсы и минусы

Односкатная кровля имеет массу весомых преимуществ, среди которых:

Вместе с тем, такие кровельные конструкции имеют и некоторые недостатки:

Дороговизна. Конструкции из металла имеют сравнительно высокую стоимость, поэтому при их строительстве нужно тщательно планировать каждый пункт денежных расходов.
Большой вес. Тяжелые профильные трубы, вес которых может достигать нескольких центнеров, невозможно поднимать на высоту без применения спецтехники. Кроме того, такая кровля будет оказывать значительную нагрузку на основание, поэтому обустройство фундамента будет более дорогостоящим и сложным.

Сфера применения

Кровли данного типа используются повсеместно:

Их применяют при строительстве навесов, террас, хозяйственных пристроек и др.
Они оптимально подходят для обустройства крытых парковочных мест для автомобилей, спецтехники и коммерческого транспорта: например, микроавтобусов и грузовых авто.

Односкатная кровля из профильной трубы не только обеспечит безопасность людей и имущества, но и защитит от неблагоприятных факторов окружающей среды. При необходимости ее можно в дальнейшем модернизировать и увеличивать в размерах – например, если необходимо расширить общую площадь склада, ангара или другого здания.

Кровельный пирог

Для обустройства односкатной крыши недостаточно соорудить стропильную систему и закрепить на ней единственный кровельный слой – черепицу, профлист, поликарбонат или шифер. Такая конструкция будет ненадежной и не сможет полноценно выполнять защитные функции.

Кровля должна иметь сэндвичную структуру и состоять из нескольких слоев:

внутренний отделочный материал;
обрешетка;
пароизоляционный слой;
контробрешетка;
утеплитель;
гидроизоляционная прослойка;
внутренний зазор для вентиляции (в невентилируемой кровле не предусматривается);
внешнее кровельное покрытие.

Структура кровельного пирога может отличаться для холодной и теплой крыши. В первой не используется теплоизоляционный материал, но вместо него присутствует дополнительный слой гидроизоляции.

Холодная кровля подойдет для неотапливаемых сооружений, в которых не требуется поддержание определенных условий микроклимата: например, крытых парковок или беседок.

В качестве кровельного покрытия могут использоваться разные материалы, в зависимости от бюджета, предпочтений и конкретных требований.

Если применяются мягкие рулонные покрытия, необходимо использовать сплошную обрешетку из плит OSB или влагостойкой фанеры.
Для жестких материалов, которые имеют стабильную форму, подойдет стандартная обрешетка из деревянного бруса или профильных труб.

Расчет кровли из профтрубы

Расчет характеристик профильных труб является одним из ключевых этапов проектирования односкатной кровли. В идеальном варианте этим должен заниматься профессиональный строитель.

При подсчетах нужно учитывать огромное количество нюансов:

Размеры будущего сооружения.
Состав и физические свойства почвы, на которой будет стоять постройка.
Ветровые нагрузки и специфика местного климата.
Угол наклона кровли (от этого зависит возможный вес снега, скапливающегося на крыше в зимний сезон).
Закупочная цена профильных труб и размер бюджета, выделенного на строительство.
Специфические требования к безопасности здания и др.

Тем не менее, если планируется строительство относительно небольшого сооружения (например, придомовой крытой парковки для 1-2 автомобилей), некоторыми из перечисленных нюансов можно пренебречь. Главное – правильно определить оптимальные размеры профильных труб, из которых будет состоять металлический каркас.

Общие рекомендации таковы:

Если сооружение имеет ширину менее 4,5 метров, для его постройки можно выбрать трубу с размерами поперечного сечения 40х20х2 мм, где 2 мм – толщина металла.
Для построек шириной 4,5-5,5 м оптимальным вариантом будут металлические конструкции с размерами 40х40х2 мм.

Конструкции больших размеров в частном строительстве использовать нецелесообразно с финансовой точки зрения. Их запас прочности не будет использоваться в полной мере. Такие трубы (например, 300х300х12) применяются преимущественно в промышленных зданиях.

Также стоит придерживаться общего правила, касающегося выбора расстояния между горизонтальными опорами кровли, на которых в дальнейшем будет монтироваться обрешетка и остальные слои кровельного пирога. Данное значение не должно превышать 1,7 м.

Несоблюдение этого правила может привести к нежелательной деформации кровли под ее собственным весом, что негативно скажется на ее долговечности и безопасности.

Угол наклона определяют в зависимости от материала кровли:

Для рубероида оптимальное значение – 5 градусов.
Для профнастила, металлочерепицы и шифера – 20, 25 и 20-35 градусов соответственно.

Подготовка материалов и инструментов

Перед началом строительных работ нужно заблаговременно подготовить все необходимое:

Профильные трубы необходимого размера, их количество определяется с учетом специфики проекта.
Крепежные детали (анкерные болты) или сварочное оборудование.
Материалы для бетонной смеси (песок, цемент, щебень), необходимые для фундамента.
Ведра или корыта для замешивания бетона, по возможности – специальная бетономешалка.
Лакокрасочное покрытие для антикоррозионной обработки труб.
Гидро, паро- и теплоизоляционные рулонные материалы для кровельного пирога.
Материалы внутренней отделки — при необходимости.
Кровельное покрытие – битумная черепица, профлист, поликарбонат или др.

Способы фиксации профиля

Самый надежный способ фиксации металлических профилей – аргоновая или углекислотная сварка. Сварные швы, созданные в защитной газовой среде, обладают достаточно высокой прочностью и долговечностью. Правильное выполнение сварочных работ позволит исключить вероятность случайного разрушения металлического каркаса односкатной кровли.
В качестве крепежных элементов при отсутствии сварочного оборудования можно использовать болты, клепки или крабы. Болтовое соединение имеет важное преимущество – в процессе фиксации элементов можно с высокой точностью контролировать усилие затяжки, особенно при наличии динамометрического ключа.

Строительство своими руками

Когда проведены расчеты, выбран подходящий проект и подготовлены материалы, можно приступать непосредственно к сборке односкатной крыши.

Работы проводятся в стандартной последовательности:

О строительстве 1-скатной кровли для частного дома можно прочитать тут. А из этой статьи вы узнаете о критериях выбора между односкатной и двускатной конструкцией.

Частые ошибки и рекомендации

Чаще всего ошибки бывают в таких случаях:

Видео по теме статьи

Из видео узнаете о том, как построить односкатный навес из металлопрофиля для авто, примыкающий к дому:

Заключение

Обустройство односкатной кровли из профильной трубы под силу даже начинающим строителям. Чтобы достичь желаемого результата, важно тщательно подготовиться к работе и грамотно спланировать каждый этап работы.

Необходимо учитывать, что строительство больших и массивных крыш с большой шириной пролетов требует более основательного подхода, поэтому такую задачу лучше поручить профессионалам.

Как рассчитать расстояние между стропилами односкатной крыши из профнастила, каков шаг укладки?

Шаг укладки стропил в каркасе односкатной кровли относится к ключевым факторам влияния на ее надежность и смету строительства.

Данный параметр напрямую зависит от условий эксплуатации крыши и определяется при проектировании системы в числе первых.

При планировании покрытия ската легким и достаточно жестким профнастилом он варьируется в пределах 0,6-1,2 м, но точное значение всегда обосновывается расчетом.

Стропильная система под профлист

Стропильный каркас односкатной крыши имеет простую конструкцию и усиливается дополнительными элементами лишь при чрезмерной ширине ската. В остальных случаях плоскость ската формируют стропильные ноги одинакового сечения, уложенные по бокам крыши и далее – с равномерным интервалом, определяемым расчетом. О том, как сделать стропила на односкатную крышу, читайте тут.

Эти же элементы выполняют функции основания под обрешетку и при необходимости удерживают изоляционные прослойки пирога.

Факторы влияния на шаг укладки

Основным ориентиром служит величина ожидаемых нагрузок. Чем они меньше, тем разряженней можно укладывать стропильные ноги и наоборот.

Учету подлежат как постоянные факторы влияния (собственный вес кровли), так и переменные и особые нагрузки (атмосферные воздействия, вес людей при необходимости перемещения по скату, сейсмическая активность, риски ураганов). Помимо нагрузок, на шаг стропильных ног оказывает влияние:

Уклон ската крыши, определяющий степень воздействия на стропильную систему и парусность односкатной кровли.
Тип и размеры утеплителя (при наличии). Данный критерий не является определяющим, при необходимости плиты утеплителя подрезаются или укладываются со смещением.

Больше о том, каким должно быть расстояние между стропилами односкатной крыши, мы рассказывали в отдельной статье.

Определение совокупности нагрузок

При определении и расчете нагрузок основным ориентиром служит СНиП 2.01.85, справочные климатические карты и технические характеристики используемых материалов, указанные производителем. В случае односкатной крыши обязательно суммируются:

При строительстве домов с односкатными крышами влияние ветра учитывается при составлении проекта, а именно – при выборе стороны более высокой несущей стены.

Полученная сумма делится на площадь ската для нахождения нагрузки на 1 м² или на ориентировочное число стропил. Последняя величина используется при проверке соответствия сечения ноги ожидаемым нагрузкам. При сомнениях в надежности число или сечение стропил увеличивается.

Основные положения расчета

Простейший алгоритм включает:

Определение длины ската кровли.
Выбор ориентировочного шага ног с учетом перечисленных выше требований и деление длины крыши на эту величину.
Добавления еще одного (крайнего) стропила и округление полученного значения в большую сторону.
Уточнение расстояния между стропильными ногами (повторное деление длины ската).

Общих правил немного: число опор всегда округлятся до целого, по возможности большего числа, а сами элементы укладываются с равномерным шагом. Исключение делают лишь для конструкций с крутым уклоном, переносящих львиную долю нагрузок на стены.

Каркасы таких крыш могут быть более разряженными, но требования к армопоясу и мауэрлату у них ужесточаются.

Требование к равномерности шага не всегда соблюдается при заложении утепленных односкатных кровель.

В частности, иногда выгоднее подогнать шаг под размеры утеплителя и добавить стропилину с любого торцового края, чем кроить теплоизоляционный материал или укладывать его с зазорами.

Также каркас может усиливаться дополнительной доской или брусом в местах размещения лестниц или аналогичных нагружаемых участках.

Приведенный алгоритм не учитывает сечение самих стропильных ног, но этот параметр корректируется за счет увеличения результата в большую сторону. В целом он используется при составлении ориентировочной схемы расположения стропил и расчета веса всей системы. В ходе строительства длина ската и межстропильный шаг обязательно уточняются.

Оптимальное и минимальное значение

При покрытии односкатных крыш профнастилом рекомендуемый производителями шаг варьируется в пределах 60-90 см, при уклоне более 45° и исключении влияния снеговой нагрузки его разрешают поднимать до 120-140 см.

Соответственно, при повышенных нагрузках и малом уклоне шаг сокращают до минимума в 60 см, а оптимальное по смете значение варьируется в пределах 80-90 см. В домах с односкатными утепленными крышами этот параметр подбирается одновременно с выбором размеров плит минваты или пенополистирола.

Важно! Cокращать шаг меньше 60 см при покрытии односкатных конструкций профлистом нет смысла.

При повышенных снеговых нагрузках и необходимости перемещения по поверхности кровли застройщики рекомендуют усиливать обрешетку, при высоких рисках срыва ската ветром – удваивать стропила. Подробно о том, как делается набивка обрешетки на односкатную крышу под профнастил, читайте здесь.

Не менее важное значение на оптимальный шаг оказывает назначение постройки. В жилых домах рекомендуемый диапазон варьируется в пределах 60-100 см при условии достаточного сечения ног и использования качественных пиломатериалах. При заложении временных и декоративных построек интервал можно смело увеличивать до 1,2-1,4 м и более.

Как высчитывается?

В качестве примера приведен расчет шага и расстояния между стропилами односкатной крыши с длиной в 7 м. Выбранный ориентировочный шаг укладки стропил для него составляет 65 см.

Общее число ног находится так: 7/0,65=10,76+1=11,76≈12 ног.
Расстояние между элементами составляет: 7/12=58 см.

Схожий алгоритм расчета используются кровельными онлайн-калькуляторами, позволяющими подобрать расстояние и шаг с высокой точностью. Эти же приложения помогают выбрать или проверить оптимальный шаг стропил в соответствии с выбранным уклоном крыши и климатическими условиями в регионе (каким должен быть уклон односкатной крыши из профнастила?).

Подводя итог стоит отметить, что незначительное отклонение шага укладки стропил в большую сторону для односкатных конструкций не считается критичным, в отличие от интервала обрешетки. Последняя обязательно учащается при риске чрезмерного давления снежного покрова, малом уклоне ската или сомнении в марке профнастила.

В остальных случаях легкий вес материала позволяет сокращать число стропильных ног до минимально допустимого. Приемлемые требования выдвигаются и к сечению стропил – в большинстве случаев ноги в таких конструкциях набиваются из доски 50×100 мм.

Точный расчет стропильной системы — гарантия надежности вальмовой крыши

Стропильная система вальмовой крыши относится к сложным в расчете и проектировании конструкциям.

При правильном подходе этот этап всегда доверяется специалистам.

При отсутствии такой возможности работы ведутся поэтапно, с выбором оптимального варианта после уточнения нагрузок.

Основа и параметры для подсчетов

Расчет вальмовой кровли выполняется на этапе проектирования дома и начинается со сбора нагрузок и размерных характеристик несущих конструкций.

Основными данными служат:

Толщина, размеры и другие особенности несущих стен и перегородок.
Величина ветровых и снеговых нагрузок, общее количество выпадаемых осадков на участке.
Ориентировочный тип наружного покрытия и вес кровельного пирога.

Данные параметры оказывают прямое влияние на оптимальный уклон скатов вальмовой кровли, и как следствие – на ее высоту и площадь.

Что нужно учитывать?

Помимо выше перечисленного при расчете учитывается:

Тип конструкции. Может быть висячий или наслонный. В свою очередь он зависит от возможности размещения лежня и дополнительных вертикальных опор (оптимальное решение) и несущих способностей материала стен.
Потребность в использовании подкровельного пространства в качестве жилого. Каркасы, закрывающие жилые мансарды укрепляют по нестандартным схемам (с заменой подкосов на ригели и шпренгельные фермы) или расширяют путем установки двух коньковых прогонов вместо одного.
Наличие или отсутствие утепляющей прослойки. Это учитывается при выборе ширине стропильных ног и способа вентиляции кровли.

Цель расчета – получение максимально точного проекта каркаса и пирога крыши, оптимального по цене, долговечности и привлекательности.

Основные распорные нагрузки в таких конструкциях приходятся на мауэрлат, весовые – на вертикальные опоры и диагональные стропила.

Все остальные элементы размещают максимально равномерно, вне зависимости от габаритов и назначения вальмовая крыша всегда укрепляется.

Как рассчитать?

Работы начинаются со сбора и уточнения данных. Затем составляется первичный чертеж каркаса и уточняются дополнительные требования.

После этих действий с помощью тригонометрических формул последовательно высчитываются все размерные характеристики.

Начинать следует с основных несущих элементов, а заканчивать — укрепляющими.

Выбор угла наклона ската

Уклон скатов выбирается после сбора и учета всех факторов влияния, включая ветровую и снеговую нагрузку, допустимый угол укладки кровельных покрытий, потребность в использовании внутреннего пространства и других факторов (сметы строительства, соображений дизайна, наличия или отсутствия пристроек).

При этом влияние снеговой нагрузки преобладает над остальными. При допустимом нормами диапазоне от 5 до 60 ° в регионах с сильными снегопадами угол скатов рекомендуют поднимать до максимально возможного, т.е. – до 40-60 °.

В остальных случаях вес снега добавляют к весу пирога с учетом региона проживания (усредненная табличная величина) и поправочного коэффициента (уменьшаемого с 1 до 0,33 по мере роста наклона, приравниваемого к 0 при 60 °).

После выбора оптимального значения, угол укладки рядовых стропил и ската в верхней зоне находится по формуле: β=90-α.

Подробнее об определении угла наклона вальмовой кровли читайте здесь.

Определение высоты конька

По формуле ниже определяется высота крыши (она же – расстояние до одиночного конькового прогона или высота вертикальной опорной стойки):

h=(D∙tanα)/2, где D – расстояние между нижними точками боковых трапециевидных скатов, т.е. ширина здания.

В идеале коньковый прогон размещается строго по центру, с одинаковым расстоянием до нижней линии боковых скатов и вальмы (по сути, все рекомендуемые формулы подогнаны именно под этот вариант).

При таком исполнении уклоны скатов максимально совпадают, а нагрузки компенсируют друг друга. Но в ряде случаев торцевые и вальмовые скаты имеют разные уклоны, что обязательно учитывается при расчете стропил и других конструкций.

Длина центральных стропил вальмы

Длина рядовой стропильной ноги находится как сумма квадратов высоты крыши и расстояния от нижней точки крепления вертикальной стойки (или условной точки начала прогона) до мауэрлата.

Для заложения этих конструкций используются доски или брус толщиной от 50 мм, первые предпочтительней при планировании утепления вальмовой крыши. Полученное значение длины нуждается в корректировке, а именно – умножении на поправочный коэф., в свою очередь зависящий от уклона вальмовой крыши (см. табл. ниже)

Размер конькового прогона

Данный параметр получают путем вычитания двух отступов от середины вальмовых скатов до нижней точки крепления вертикальных опор, удерживающих конек или условной оси узла крепления диагональных стропил.

При равном расстоянии края каждого ската lконька=L-D, где L- длина постройки.

Данная величина оказывает прямое влияние на длину лежня (при наличии в каркасе), определяемого как lл=L-D/2. Но этот параметр нуждается в согласовании с внутренним планом дома.

Длина угловых стропил

Эту величину проще всего определить с помощью теоремы Пифагора, как гипотенузу треугольника, образованного центральным рядовым стропилом, половинкой нижней части вальмового ската и самой диагональной ногой.

В простом приближении ее получают, выделив квадратный корень из суммы квадратов катетов. По аналогии с промежуточными стропилами полученную величину умножают на поправочный коэффициент.

Найденные значения в точности используются на следующих этапах расчета кровли (определении площади скатов, параметров свеса, выборе укрепляющих узлов), но при расчете пиломатериалов его всегда увеличивают на 5-10%. Игнорирование этого требования приводит к проблемам при стыковке или креплении.

Не менее важное влияние на надежность каркаса оказывает сечение диагональных стропил. По нормам их закладывают из бруса толщиной от 100 мм или из сдвоенных досок от 50 мм.

Второй вариант предпочтителен из-за лучшей выдержки сдвоенных элементов нагрузок на изгиб.

Чрезмерно длинные стропила рекомендуется сращивать в верхней точке с помощью гвоздей, вставок или других методов.

Определение количества и сечения опор

В вальмовом скате закладывается по одной центральной стропильной ноге, но в боковых их число увеличивается в зависимости от длины вытянутой стороны дома. Как правило, 4 таких элемента размещаются практически вплотную с узлом крепления диагональных ног. Остальные – укладываются с равным шагом от 60 см и выше.

Верхний предел зависит от габаритов вальмовой кровли, ожидаемых нагрузок и сечением пиломатериалов. Специалисты рекомендуют выбирать оптимальный интервал по таблицам, с округлением в меньшую сторону.

Укороченные опоры и нарожники для вальм

Полуноги и вальмовые нарожники рассчитываются после получения размеров остальных стропильных ног и выбора шага их размещения.

Строительные калькуляторы при расчете используют принцип пропорционально уменьшаемых треугольников (длина каждого следующего нарожника уменьшается на величину, пропорциональную удалению от центральной стропильной ноги).

Длина первого укороченного стропила находится по формуле: L1=2/3L;
Длина второго укороченного стропила находится по формуле: L2=1/3L

По аналогии с остальными рядовыми стропилами полученное значение рекомендуют увеличивать на поправочный коэффициент или добавлять к длине ширину отрезка на привязку к мауэрлату.

Все элементы размещают с равномерным шагом, при увеличении числа нарожников формулу корректируют, но сам принцип расчета не меняется.

Карнизный свес

При первичном, ориентировочном расчете площади скатов и определении нагрузки на 1 м 2 крыши длиной карнизных свесов пренебрегают.

Но при детализированном расчете способ их обустройства и размеры всегда определяются заранее с учетом рекомендуемого выступа от стен в диапазоне от 40 до 70 см, не более.

Необходимую величину удлинения стропила находят как отношение отступа от стены до крайней точки карниза к косинусу уклона кровли: ∆=k/cosα.

Единого мнения об оптимальном способе обустройства свесов нет, из-за упомянутого выше ограничения в длине пиломатериалов и упрощения расчета параметров скатов некоторые специалисты рекомендуют формировать их с помощью кобылок.

Такой метод считается более сложным в исполнении и менее надежным. В ряде случаев владельцы отказываются от свесов в принципе или делают их укороченными, чаще всего такое исполнение выбирается при необходимости исключения влияние ветровых нагрузок.

Размеры укрепления

Укрепляющие элементы (подкосы, шпренгели, затяжки) подбираются после уточнения нагрузок и расчета несущего каркаса. Единых формул для них нет, в каждом случае вальмовая крыша усиливается индивидуально.

К обязательным элементам относят подкосы (от 1 шт. при длине диагональной ноги до 7,5 м, от 2 – при длине от 7,5 до 9 м), закрепляемые под углом в 45-53° с упором в верхнюю часть стропилины. При больших габаритах каркас укрепляется дополнительными вертикальными стойками.

Таблица параметров расстояния в зависимости от сечения бруса и сорта древесины

Взаимосвязь между сечением, длиной и оптимальным шагом стропил отражена в таблице:

При этом расстояние между стропильными ногами корректируется с учетом ожидаемых нагрузок и качества используемых пиломатериалов:

Таблица: наклон кровли в зависимости от материала

Как избежать ошибок?

При расчете крыши и материалов на ее возведение избежать ошибок помогают:

Видео на тему

Посмотрите полезное видео о том, как рассчитать стропильную систему вальмовой крыши:

В заключение стоит отметить, что приведенные алгоритмы будут актуальны лишь при стандартных габаритах и конфигурации вальмовой кровли.

При необходимости усложнения каркаса (сокращении длины вальмы, вставок небольших вертикальных фронтонов, проектировании систем с двумя коньковыми прогонами, планировании использования внутреннего пространства в качестве жилого) расчет стропил должны выполнять специалисты.

Это же относится к каркасам с висячим способом крепления стропил, не имеющих центральных вертикальных подпорок и оказывающих сильные распорные воздействия на стены.

Калькуляторы сечений стропильных систем

Выберите калькулятор по схеме стропильной системы

Наслонные стропила

Стропила на двух опорах

Консольные стропила на двух опорах

Стропила на двух опорах и подкосе

Консольные стропила на двух опорах и подкосе

Стропила на двух прогонах и мауэрлате

Консольные стропила на двух прогонах и мауэрлате

Консольные составные стропила

Стропила на подкосах стянутых схваткой

Стропила на подстропильных стульях

Асимметричная крыша на подстропильных стульях

Калькуляторы сечений стропил

В интернете есть много калькуляторов рассчитывающих сечение стропил. Здесь представлены еще несколько. У человека, зашедшего на сайт, возникает вполне резонный вопрос можно ли доверять этим калькуляторам. Расчет сечения слишком серьезное действие от результата которого зависит надежность крыши. Для снятия всех сомнений на каждой странице с конкретным калькулятором приведены формулы, по которым делается расчет. Вы можете проверить точность этих формул и провести пробный расчет вручную. После которого принять решение о доверии цифрам показываемым калькулятором для вычисления размеров сечений при других условиях работы стропила.

Нагрузки

Нагрузки на крышу собираются в отдельном калькуляторе по правилам, изложенными в СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия». Этот калькулятор покажет вам несколько цифр, отличающихся по величине. Выбирайте одну цифру с максимальным значением. Различие в величине нагрузок получается по тому, что учитывается направление ветра и геометрия крыши. Однако вряд ли вам достоверно известно с какой стороны реально будет дуть ветер на вашу крышу. Различие давления на разные участки крыши предполагает, что при меньших нагрузках вам потребуется стропило меньшего сечения, чем при больших нагрузках. На практике это означает что на разных участках крыши вам нужно будет устанавливать стропила разной высоты или толщины, а это влечет за собой сложности в монтаже обрешетки, подстропильных конструкций и кровли. Для унификации размеров стропил и последующего облегчения работ выбирается единственная цифра, показывающая нагрузку — максимальная. Вернее две максимальных цифры — нормативная и расчетная нагрузки. Расчетная нагрузка нужна для определения несущей способности стропила, нормативная для определения его прогиба.

Нагрузки рассчитываются в кПа или в кг/м², то есть действующие на площадь. Для расчета стропила они должны быть переведены в линейные, то есть действующие на продольную ось стропила. Для перевода нагрузки давящей на площадь, в линейную нагрузку, она должна быть умножена на шаг установки стропил (L) — расстояние между осями стропил (м × кг/м² = кг/м). При работе с калькуляторами нужно вносить все параметры в тех единицах, измерения, которые указаны в калькуляторах. Все преобразования и согласования единиц измерения калькулятор сделает сам. При пробном ручном расчете работайте в тех единицах, в которых вам удобнее.

Сопротивление материала стропила

Модуль упругости, расчетное и нормативное сопротивления дерева определяются в отдельных калькуляторах, представленных в виде интерактивных таблиц. Таблицы сделаны по СП 64.13330 «Деревянные конструкции». Они учитывают характеристики дерева, используемого для изготовления стропила, условия работы стропила и предполагаемый срок его службы.

Расчетный пролет

Расчетный пролет зависит от способа опирания стропила на стену. Если это крайние точки, то стропило неравномерно давит на опору. Максимальное напряжение (σ) возникает на обрезе опирания и уменьшается по длине опирания. Его можно изобразить в виде треугольника. Равнодействующая будет располагаться на расстоянии 1/3 от обреза опоры. Таким образом расчетный пролет стропила краями, опертого на две опоры, будет равен пролету в свету плюс по 1/3 длины опирания с каждой стороны.

На промежуточной, или крайней опоре стропила с консольным выпуском, напряжение от равномерной нагрузки распределяется в зависимости от длин пролетов, расположенных по разные стороны от опоры. Равнодействующая напряжения будет находиться в центре опоры если пролеты будут равны или смещена в сторону, если пролеты имеют разную длину.

Пока ширина опор под стропилом неизвестна нахождение равнодействующих затруднено, следовательно, затруднен и расчет реального расчетного пролета. Обычно за расчетный пролет принимается расстояние между осями стен на которое опирается стропило и это вполне оправдано. Выполненный расчет сечения покажет толщину и высоту стропила необходимые по условиям прочности и жесткости. Однако делать стропило вы будете не по этим размерам, а из тех досок, которые есть в продаже. То есть после расчета сечения выбирается доска с размерами, превышающими расчетные. Такое стропило будет обладать большей чем требуется прочностью и жесткостью. Поэтому если мы допустим небольшие погрешности при определении расчетного пролета ничего страшного не произойдет. Обращайте внимание на то, как в калькуляторах нарисованы размерные линии, показывающие пролет и высоту стропил. Их расположение в этих калькуляторах совпадает с расположением в калькуляторах вычисляющих размер стропил целиком. Переключение туда и обратно между двумя видами калькуляторов одни из которых считают сечение на нагрузку, а другие считают геометрию, позволяет оптимизировать размер стропил.

Наклон стропила

Определяется углом наклона крыши к горизонту, высотой установки конькового прогона или безразмерной величиной, характеризующей уклон — отношением высоты к длине пролета.

Порядок расчета сечения стропил

После ввода исходных данных в калькулятор производится расчет сечения стропила. Все формулы указаны на странице с конкретным калькулятором.

1. По расчетной схеме вычисляются:

максимальный момент изгиба;
максимальный прогиб;
максимальное напряжение среза на опоре.

2. Задается толщина или ширина доски из которой будет изготавливаться стропило и вычисляется второй размер. Например, если была задана толщина доски, то калькулятор найдет какой она должна быть ширины достаточной для изготовления прочного стропила. И наоборот, если задали ширину доски калькулятор найдет ее толщину. Обычно стропило делают из доски толщиной 50 мм, этот размер задают чаще всего.

Калькулятор считает сечение по трем параметрам, стропило не должно:

сломаться под нагрузкой;
быть срезано на опоре;
прогнуться больше допустимой величины (1/200 от пролета).

В результате расчета появляются три цифры, удовлетворяющие этим параметром. Калькулятор выберет наибольшее и покажет его вам. Например, вы задали толщину доски для стропила 50 мм. Калькулятор посчитал, что по условию недопущения разрушения стропила высота его сечения должна составить 209 мм. По условию недопущения среза на опоре — 100 мм, а по недопущению прогиба больше 1/200 пролета — 217 мм. Он сравнит эти три цифры и покажет наибольшую — 217 мм. В этом случае из доски размерами 50х217 мм можно изготовить прочное и жесткое стропило. Таким образом вам всегда будут показываться те размеры сечения, которые не допускают разрушения или прогиба стропила.

Стропила делаются из досок, изготовленных на лесопилках. Лесоперерабатывающие предприятия пилят бревна на доски руководствуясь сортаментом пиломатериалов рекомендованных ГОСТ 24454. Калькулятор сравнит расчетные размеры доски с сортаментом и покажет наиболее близкие размеры сечения не меньше расчетных значений.

Глубина опорных вырезов

Калькуляторы рассчитывают сечение стропил принимая их за стержневые элементы, но стропило — это не бестелесный стержень, а материальное тело, имеющее размеры длины, толщины и высоты. Для опирания на прогоны и мауэрлат в стропиле делаются вырезы, обеспечивающие сопряжение стропила с опорами. Глубина каждого выреза должна быть такой, чтобы площадь опирания стропила на опору была достаточной для того, чтобы под весом крыши не произошло разрушение опоры — смятие древесины. Калькулятор рассчитывает минимально допустимые размеры опорных вырезов, при которых смятие не произойдет. Максимальные размеры вырезов определяются из расчета не допускающего срезания стропила на опоре.

Читайте также: