Стропила – это та основа, на которой базируется вся крыша. От того, насколько правильно выбрано сечение наклонных балок, как они расположены и связаны между собой и другими конструкциями здания, зависит прочность и долговечность постройки.
Таблица-памятка: через какое расстояние ставятся стропила*
| Длина ската крыши, м | Кровельный материал | Сечение бруса (сосна), см | Шаг стропил, м |
| Менее 3 | Легкий | 8х10, 10х10 | 1,2…1,8 |
| Менее 3 | Средний | 8х10, 10х10, 10х13 | 0,9…1,2 |
| Менее 3 | Тяжелый | 10х10, 10х13, 12х15 | 0,3…0,9 |
| 3…4 | Легкий | 12х15, 9х18, 8х20 | 1,2…1,8 |
| 3…4 | Средний | 9х18, 8х20, 10х20 | 0,9…1,2 |
| 3…4 | Тяжелый | 8х20, 10х20 | 0,3…0,9 |
| 5…6 | Легкий | 8х20, 10х20, 12х22 | 0,9…1,2 |
| 5…6 | Средний | 8х20, 10х20, 12х22 | 0,6…0,9 |
| 5…6 | Тяжелый | 8х20, 10х20, 12х22 | 0,3…0,6 |
*Данные таблицы ориентировочны и требуют расчетной проверки!
От чего зависит расстояние между стропилами
Данный параметр, как и любые другие в строительстве, подбирается из соображений «необходимо и достаточно». Устраивать стропила чаще, чем это необходимо, не стоит – большое их количество будет увеличивать нагрузку на несущие стены здания. Уменьшать количество по отношению к расчетному – тоже плохо, поскольку нагрузочная способность крыши снизится, она может просто провалиться под собственной тяжестью и тяжестью наваленного за зиму снега. Именно поэтому очень важно точно определить необходимое число балок с погрешностью не более чем в 3…5%.
Для расчета необходимо знать:
- длину опорной стены (стен);
- тип крыши – одно-, дву- или многоскатная;
- характер кровельного материала (обязательно его удельный вес на квадратный метр);
- толщину «кровельного пирога» (утепление, гидро- и пароизоляция, защита от шума), вес используемых материалов;
- особенности обрешетки (сплошная, разреженная, листовая или из реек);
- материал самих стропил и их сечение;
- способ соединения стропил и поддерживающих (связывающих) их элементов.
В каркасных постройках шаг стропил часто увязывают с шагом стоек каркаса – гораздо более надежной и прочной является схема, в которых стропило непосредственно связано со стойкой, а не опирается на мауэрлат между стойками.
При этом значительная часть перечисленных характеристик зависит от того, в каком районе находится постройка и, соответственно, какова снеговая и ветровая нагрузка на крышу.
Если конструкция будущей крыши еще не известна, расчет начинают с определения снеговой и ветровой нагрузки и выбора примерной конструкции крыши. Далее есть два варианта действий: либо, отталкиваясь от выбранного сечения стропил, рассчитывать шаг, либо выбирать сечение после выбора расстояния между стропилами.
Содержание:
- На что стоит обратить внимание перед проведением расчета
- Методика расчета
- Зависимость шага стропил от материала кровли
- Определение шага стропил для односкатной крыши
- Расстояние между стропилами для двухскатной крыши
Прежде чем приступить к монтажу кровельного покрытия необходимо произвести расчет стропильной системы, который будет зависеть от используемого материала, конструкции, климатических условий.
Влияние снеговой и ветровой нагрузки
Вес снега и воздействие ветра – существенные факторы при сборе нагрузок на стропила.
Помимо распределения снеговых масс по поверхности крыши (см. схему выше), необходимо учитывать среднестатистический снеговой покров по регионам. Выбирая известное значение, его добавляют к общей распределенной нагрузке.
При этом среднегодовое количество осадков влияет не просто на детали конструкции крыши, но и на саму ее форму. Подробнее о правилах выбора уклона крыши в зависимости от снеговой и ветровой нагрузки в нашей статье.
Для большинства регионов РФ нормальным считается угол наклона ската от 5 до 50 градусов, при этом малоуклонные (5…15 градусов) крыши предпочтительны для многоэтажных жилых домов с очень качественной гидроизоляцией, а для частных построек обычно выбирается угол 20…40 градусов.
Подготовительные работы
Готовят стены и перекрытия строения, хотя визуально может не быть видно перепадов. Разница по высоте становится очевидной при последовательной укладке опорного бруса. Стараются выровнять углы дома. Кладку равняют раствором, выполняя стяжку в нужных местах, а деревянный каркас приводят в готовность с помощью подкладок, выпуклости стесывают.
Для коррекции сруба используют шнурок, его крепят к двум крайним балкам на нужной высоте. Горбыли стесывают так, чтобы на краю балок получились горизонтальные области. Контрольный шаблон прикладывают к трем балкам одновременно и проверяют уровень горизонта. Если рейка с прибором малая по длине, привязывают длинный брусок. Размечают места выборки под стропильные зубы, ставят куски контрольных реек, которые обозначают центральную ось.
Выбор кровельного материала
Это второй базовый компонент сборной нагрузки, поскольку при расчете обязательно следует учитывать вес квадратного метра кровли. Помимо финансовых и эстетических соображений учитывается возможность устройства кровли на скатах с уже выбранным углом уклона.
Фаворитами частного строительства являются:
- волокнисто-цементные листы (ондулин, шифер и аналоги);
- профнастил и фальцевая кровля;
- металлочерепица;
- битумная черепица;
- сланец;
- керамическая черепица.
Соответственно, сравнение веса проводится именно для этих материалов.
| Тип кровельного материала | Вес 1 кв.м. поверхности, кг |
| Ондулин | Примерно 3 |
| Металлочерепица | 3,5…4,5 |
| Битумная черепица | 6…8 |
| Профнастил | 6…15 |
| Шифер | 10…14 |
| Цементно-песчаная черепица | 20…30 |
| Сланец | 45…60 |
| Керамическая черепица | 40…60 |
Если принимать во внимание и снеговую нагрузку (ветровая значительно меньше), и вес кровельного материала, то на один квадратный метр приходится для Подмосковья от 130 до 240 кг/м.кв, а вот для Петропавловска-Камчатского – уже 450…520 кг/м.кв.
Можно ли доверять современным онлайн-калькуляторам
Строительство – это, по сути, целая наука, которая не терпит и не прощает даже малейших неточностей в любых вычислениях. Специалисты, безусловно, знают, как правильно выполнить те или иные действия, как быстро определить любой из описанных выше показателей.
Непрофессионалу, который собирается обустроить и покрыть крышу своего, например, небольшого дачного домика, справиться с задачей будет намного сложнее. Двускатные конструкции – это наиболее простой вариант, но и он тоже требует повышенной скрупулезности в вычислениях.
Сегодня на просторах Интернета есть немало сайтов, на которых работает онлайн-калькулятор для расчета двухскатной крыши, рассчитать двускатную крышу с его помощью можно за несколько секунд, если ввести в соответствующие поля запрашиваемые данные. Это удобный и быстрый способ решения проблемы, но вы должны понимать и то, что каждый расчет – это дело индивидуальное, всё должно быть выполнено с учетом нюансов конкретного объекта.
Вес изолирующих и утепляющих материалов
Расчет изолирующей прослойки зависит от того, как будет эксплуатироваться пространство под крышей – для жилой мансарды нужно максимально эффективное утепление, для неотапливаемого чердака это не принципиально, можно вообще обойтись без утепления. Однако гидроизоляция обязательна и в этом случае.
Соответственно, вес изолирующих материалов под кровлей можно либо не считать (вес мембраны или пленки равен 1…2,5 кг), либо четко рассчитывать по применяемым материалам.
Пример: при утеплении мансарды минеральной ватой толщиной 200 мм (плотность 190…220 кг/м.куб) квадратный метр такого изолирующего слоя будет весить примерно 40 кг. Добавляя обязательную паро- и гидроизоляцию, получаем примерно 45 кг/кв.м. Итого, для Подмосковья нагрузка на стропила для утепленной мансарды составит 175…285 кг/м.кв., а для Петропавловска-Камчатского – 495…565 кг/м.кв.
Расчет площади фронтона, и зачем он нужен
Узнать, как рассчитать фронтон двускатной крыши, вернее его площадь, т.к. высота его равна расстоянию, на которое поднят коньковый прогон от основания, необходимо будет для того, чтобы определиться с тем, какое количество материала понадобится закупать для его облицовки, а также утепления и зашивки. Для вычислений пользуемся формулой из тригонометрии, по которой, чтобы найти площадь треугольника, нужно высоту умножить на ширину и разделить результат на «два».
В нашем случае:
- ширина составляет 9 м;
- высота – 3,15 м;
- площадь = (9 * 3,15) / 2 = 14,18 м2.
Обшивка, обрешетка, контробрешетка
Здесь сложно выполнить точные расчеты, не зная заранее о планируемых вариантах работ.
Но рассчитывать лучше на максимальную нагрузку, поэтому можно принять для вычислений:
- сплошную обрешетку из листов фанеры (толщина не менее 12 мм, вес около 6,5 кг/м.кв), OSB (та же толщина, вес примерно 7,7 кг/м.кв), гипсоволокно (толщина 12…12,5 мм, вес 12…14 кг/м.кв.);
- обязательную контробрешетку (вариант устройства кровли из металлочерепицы) из бруса 50х50 мм. Учитывая, что бруски набиваются не в сплошную, а с шагом 300…400 мм, вес контробрешетки на квадратный метр крыши можно принять примерно равным 3…4 кг;
- обшивка изнутри часто выполняется вагонкой, возможен вариант с обшивкой листами фанеры или OSB с последующей штукатуркой. В первом случае вес отделки будет примерно равен 6…11 кг/м.кв., во втором – 8…11 кг/м.кв. (с учетом слоя штукатурки, рассчитать вес которого можно здесь).
Сюда же следует приплюсовать вес крепежа – не менее полукилограмма на квадратный метр. Итог – 16…22 кг/м.кв.
Таким образом, для уже приведенных примеров (Подмосковье и Петропавловск-Камчатский) нагрузка на квадратный метр составит уже 195…312 кг/м.кв. и 516…592 кг/м.кв. соответственно.
Как определить, насколько нужно поднять конёк
Определившись с наклоном скатных плоскостей, можно узнать, какой должна быть высота крыши. Справиться с такой задачей сможет любой, кто хоть чуть-чуть помнит школьный курс геометрии. Вспоминаем, что в прямоугольном треугольнике всегда длина одного катета будет равняться длине другого, умноженного на тангенс угла, образованного с основанием. Отсюда, если высоту мы принимаем за один из катетов, то рассчитать её сможем так:
- подбираем оптимальный угол наклона (допустим, 35 градусов);
- вычисляем тангенс (получим приблизительно 0,7);
- берём половину ширины здания (к примеру, 9 м /2 = 4,5 м);
- в итоге нужный катет равен 4,5 м * 0,7 = 3,15 м.
Выбор сечения стропил и их материала
Для Подмосковья, учитывая уже собранную нагрузку, применимы деревянные стропила. Они могут быть выполнены в виде бруса или оцилиндрованного бревна, сечение четко коррелирует с шагом стропил и длиной стропильной ноги.
Как видно из таблицы, даже при небольшой длине ската (до 3 м) и малом расстоянии между стропилами необходимо сечение не менее 80х100 мм. Собственный вес такого бруса (или бревна диаметром 100 мм) составит около 8 кг. Необходимо проверить, насколько собственный вес стропил увеличит общий вес кровельного пирога (а соответственно, нагрузку на стропила).
Пример расчета 1 (Подмосковье)
Для этого примем длину стены 6 м, длину ската 3 м и предварительно выберем шаг 1 м. Требуется 7 штук стропил весом 56 кг, общая площадь крыши составляет 18 кв.м. Итого для Подмосковья (берем нагрузку по максимуму)
18х312+7х8=5 672 кг (на всю крышу). Вспоминая формулы сопромата, применяем стандартный метод вычисления несущей способности балки (в данном случае стропила).
Допустимый момент сопротивления бруса с сечением bxh=8х10 (высота на ширину)
W = bh2/6=133 см.куб.
Балка с таким моментом может выдержать прогиб (R в формуле – модуль упругости древесины, для сосны второго сорта, которая обычно идет на конструкции, R=150 кгс/см.кв.)
M = WR=133х150=20 615 кг*см = 206 кг*м
С учетом длины пролета 3 м распределенная нагрузка на погонный метр балки
Q=8M/l2=8х206/32=183 кг/м.
Если шаг балок принят 1 м, то максимальная распределенная нагрузка на квадратный метр составляет, как уже было рассчитано выше, по максимуму 312 кг, что почти вдвое выше допустимого. Следовательно, данный шаг и/или сечение стропил не подходят.
Проводим повторную проверку, выбирая шаг стропил 600 мм. В этом случае максимальная допустимая нагрузка на погонный метр стропила будет
Q=183/0,6=305 кг/м.
Это уже гораздо ближе к требуемой нагрузке.
Но более рационально не уменьшать шаг стропил двускатной крыши, а увеличить сечение бруса.
Если мы примем следующее по порядку сечение из предложенной выше таблицы (8х13 см), получим
W = bh2/6=225 см.куб.
M = WR=225х150=33 800 кг*см = 338 кг*м
Q=8M/l2=8х338/32=300 кг/м.
Уменьшая шаг стропил до 0,9 м, получаем допустимую распределенную нагрузку 300/0,9=33 кг/м, что вполне достаточно для заданных условий.
Пример расчета 2 (Петропавловск-Камчатский)
При тех же начальных условиях – длина стены 6 м, скат трехметровый, шаг 1 м – нагрузка на крышу составляет по максимуму 592 кг без учета веса стропил. Из приведенного выше примера расчета понятно, что для такой нагрузки надо либо серьезно увеличивать сечение балки, либо сокращать шаг. Оба варианта не рациональны, поскольку за счет веса балок увеличат нагрузку на несущие конструкции здания на 12…25%, что нежелательно.
Но можно заменить материал, приняв металлические стропила.
В этом случае обрешетка будет не сплошной (как предложено в примере сбора нагрузки), а разреженной, и также металлической. Соответственно, вес конструкции уменьшиться как минимум на 15…30 кг/кв.м., а несущая способность возрастет.
Посчитать несущую способность двутавра или швеллера сложнее, чем бруса с прямоугольным сечением, для этого необходимо использовать специальные формулы.
Для примера приведена форма расчета двутавровой балки в расчетной программе.
Используем формулы расчета из примера 1, заменив рассчитываемый момент сопротивления уже известным моментом для стальной балки. Имеем в виду, что модуль упругости стали (как на сжатие, так и на растяжение) составляет 21 000 кгс/см.куб.
Для двутавра №10
W = 39,7 см.куб.
M = WR=39,7х21 000 =833 700 кг*см = 8337 кг*м
Q=8M/l2=8х8337/32=7410 кг/м.
Полученное значение намного превышает величину предельной нагрузки на крышу. Соответственно, пролет здесь можно спокойно увеличивать до 2м – это не приведет к разрушению конструкции.
Особенности установки своими руками
Способ укладки стропил на мауэрлат
Гнезда для опирания стропилин всегда должны иметь горизонтальные площадки и вертикальные стенки. Нарушение правила ведет к потере устойчивости и смещению несущих элементов.
Изготовление шаблона стропильной конструкции:
- Две доски толщиной 25 мм, длиннее стропилины на 10 см скрепляют на вершине болтом, чтобы была возможность поворота.
- На рейке по центру шипца отмеряют расчетную высоту системы.
- Скрепленные доски ставят на конечные перепустки, чтобы их края упирались в выборку под зуб.
- Совмещают точку крепления и отметки на рейке для определения размера стропилины по длине.
- На нижнем краю откладывают размер зуба, опускают шаблон на землю и выпиливают шип.
- Примеряют заготовку на месте, заводя шипы в предназначенные вырубки.
Если после монтажа не совпадает вершина с отметкой на рейке, ее корректируют, отпуская болт, и новое положение отмечают на рейке. Замеряют размеры ригелей, стоек, кобылок, затяжек и других элементов стропильной фермы. После изготовления требуемых изделий их ставят в монтажное положение.
Выводы
Рассчитывая шаг стропил односкатной крыши или более сложного сооружения, необходимо иметь в виду:
- производить расчет лучше «с запасом», поскольку увеличение нагрузки на несущие конструкции все же лучше, чем обрушение крыши в результате недостаточной прочности стропильной системы;
- принимая тяжелые кровельные материалы (керамическую черепицу, цементно-песчаную черепицу) лучше сразу брать в памятке следующее сечение стропил или уменьшать величину шага до предыдущего значения. В любом случае необходимо проверить правильность выбора прикидочным расчетом;
- принимая утепление под профлист или под металлочерепицу, стоит помнить о необходимости не только теплоизоляции, но и защиты от шума – в противном случае стук дождя или града по крыше способен свести «на нет» весь комфорт проживания. Небольшое увеличение нагрузки на стропильную систему в этом случае оправдано.
Стропильная система мансардной крыши
Большинство частных домов имеет эксплуатируемое подкровельное пространство, называемое мансардой. Такая конструкция отличается увеличенной высотой ската, что вызвано необходимостью создания жилого помещения удобной высоты. Как правило, скаты мансардной крыши ломаные, имеющие изменяющийся угол уклона. Для их установки применяют двойную стропильную систему.
Крутизна нижних полускатов мансардной крыши значительно превышает наклон верхних их продолжений. Плоскостная нагрузка, воспринимаемая ими, не велика. Благодаря этому стропила в нижней части могут устанавливаться с максимальным шагом. Верхние коньковые скаты рекомендуется монтировать с уменьшенным промежутком друг от друга.
Распространённые виды кровли
Наиболее известны такие типы крыши, как:
- односкатная — опирается на две стены, находящиеся на разных уровнях высоты, и сооружается специально для объектов хозяйственного назначения и небольших строений;
Односкатная кровля укладывается на стены разной высоты - двускатная — состоит из двух соединённых под углом скатов, площадь которых может быть неодинаковой;
Двускатная кровля обычно имеет два равных ската - шатровая — собирается из четырёх скатов в форме равнобедренного треугольника, в результате чего имеет сходство с пирамидой и идеально подходит для квадратных домов;
Шатровая кровля сооружается на зданиях квадратной формы - вальмовая — создаётся из двух трапециевидных и двух треугольных скатов;
Вальмовая кровля состоит из четырёх неодинаковых скатов - мансардная — используется для создания комнаты на чердаке и образуется за счёт изменения формы крыши, например, с помощью ломаных линий;
Мансардная кровля выглядит как сложное сооружение, потому что под ней создаётся дополнительный этаж дома - многощипцовая — сооружается на зданиях, построенных в виде многоугольника.
Многощипцовая кровля представляет собой интересное сочетание крыш разных форм
