Тел. +7 (916) 643-13-37
E-mail: hellmann2015@yandex.ru

Расчет каркаса двухскатных крыш дома с мансардой и без

Надежная и прочная крыша над головой определяет не в последнюю очередь представление об уютном и теплом доме. И первый вопрос, который встает при его проектировании перед будущим домовладельцем — какую конструкцию крыши выбрать и как правильно рассчитать все ее элементы: стропильную систему, обрешетку и кровлю.

Расчет двухскатной крыши и ее стропильной системы


[contents]

Виды стропил

Наиболее популярной в малоэтажном домостроении была и остается форма кровли с двумя наклонными поверхностями — двускатная крыша, а самым распространенным материалом для ее элементов — дерево.

Казалось бы, более дешевой и простой конструкцией крыши должна быть односкатная, но, как показывают расчеты и многовековой строительный опыт, она при значительной ширине перекрытия много хуже двускатной держит нагрузки и по этой причине используется в основном для подсобных строений небольшой площади.

Типы двускатных крыш

Как следует из названия, общей характеристикой таких видов кровли является наличие всего двух боковых плоскостей‑скатов. Но несмотря на эту простоту существует достаточно много их разновидностей:

  • симметричные, с расположенным по центру коньком;
  • несимметричные — со смещенным коньком;
  • двухуровневые — лежащие на разной высоте, не сходящиеся к одной линии конька грани;
  • полувальмовые — с маленькими скосами еще и по фронтонам;
  • Х‑образные — с небольшими, врезанными в боковые грани, фронтонами или слуховыми окнами;
  • мансардные — с ломанными боковыми скатами;
  • Г‑, Т‑образные и др.

Основой любой крыши служит стропильная система, которая несмотря на множество разновидностей сводится к двум основным типам:

Висячая. По сути представляет собой ферменный каркас, в котором верхние концы стропильных ног жестко связаны вместе, а нижние соединяются брусом-затяжкой, передающим строго вертикально нагрузку от веса кровли на мауэрлат. Для дополнительного укрепления конструкции применяются промежуточные стойки и подкосы, либо дополнительные затяжки‑ригели.

Конструкция с висячими стропилами

Конструкция с висячими стропилами

Наслонная. Стропила как бы «прислоняются» к мауэрлату и коньковому брусу. Чтобы предупредить скольжение стропильных ног, применяется их крепление к мауэрлату скобами, проволокой или уголками и затягивание ригелями.

Конструкция с наслонными стропилами

Конструкция с наслонными стропилами

Для правильного расчета конструктивных элементов стропильной системы необходимо в первую очередь просчитать принимаемые ею нагрузки.

Определяем нагрузку на крышу

На каркас стропильной системы воздействует довольно существенные воздействия, состоящее из нескольких слагаемых:

  • Постоянные — статические компоненты: масса кровельного пакета и теплоизоляции чердака. Сюда же необходимо включить вес предполагаемых к установке на крыше дополнительных элементов: солнечных батарей и водонагревателей‑коллекторов, антенн спутникового ТВ и другого оборудования.
  • Переменные, состоящие из суммы динамических ветровых и сезонных снеговых воздействий.

Обычно определение общего веса кровли не вызывает сложностей при расчетах, а основные затруднения возникают при вычислении величин динамических нагрузок: ветровых и снеговых.

Методика таких вычислений дается в СНиП 2.01.07-85 СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».

Определяем угол наклона

Проектируя конструкцию крыши необходимо принимать во внимание, что снеговое воздействие на кровлю возрастает для пологих скатов, а ветровое — для крутых и, приступая к расчетам, в первую очередь следует определить угол наклона кровли.

Например, при углах, превышающих 60°, снеговую нагрузку можно не учитывать совсем, зато влияние ветра при увеличении угла от 15 до 60° возрастает более, чем в 5 раз.

Как показывает опыт, самым экономным по расходу на материалы и строительство, а также оптимальным по сумме всех воздействий на стропильную систему является диапазон углов наклона кровли от 35 до 45°.

Снеговая нагрузка

Максимальное давление снежного покрова рассчитывается по формуле:

P = μ × Pg, где
μ — поправочный коэффициент, зависящий от угла наклона кровли к основанию и принимаемый:

  • 1 — менее 30°;
  • 0,75 — 30~60°;
  • 0 — при наклоне свыше 60°.

Pg — давление снежного покрова на 1 м² горизонтальной поверхности, выбираемое в зависимости от снегового района из таблицы:

Расчет снеговой нагрузки на крышу

Таблица расчета снеговой нагрузки на крышу

Номер снегового района выбирается в соответствии со следующей картой снеговых нагрузок:

Расчет снеговой нагрузки снегом по регионам России

Расчет снеговой нагрузки снегом по регионам России

Например, для Костромской обл., входящей в IV зону, при наклоне кровли 35° получим 1,45 кПа, или 145 кГс/ м², что, как видим, совсем не мало.

Ветровая нагрузка

Вычисляется по формуле:

W = k × c × W0, где
c — аэродинамический коэффициент, зависящий в случае двускатной крыши от косинуса угла наклона;
W0 также берется из соответствующей таблицы ветровых районов:

Таблица расчета ветровой нагрузки на крышу

Таблица расчета ветровой нагрузки на крышу

а номер района выбирается по карте: http://www.arkom.su/truss/img/karta_veter.jpg

Карта силы ветра по регионам России

Карта силы ветра по регионам России

коэффициент k зависит от типа местности и высоты строения:

Расчетный коффициент

Расчетный коффициент

Промежуточные значения вычисляются линейной интерполяцией.

Расчет для условий из предыдущего примера и высоте строения 10 м дает примерное значение ветровой нагрузки около 15 кГс/м², в сумме со снеговой оно составит примерно 160 кГс/м². И это вполне типичное значение для средней полосы, а в районах Крайнего севера оно может достигать 700 кГс/м².

Шаг стропил и их длина

Следуя логике, можно сделать вывод: чем меньше расстояние между стропилами, тем надежнее вся конструкция крыши. Это было бы верно, если не принимать при этом во внимание внушительное увеличение веса такой кровли, принимаемого на себя несущими стенами здания, что вынуждает усиливать и их в то же время. Помимо того, эта схема вызывает значительное удорожание материалов и всего строительства в целом, что также немаловажно.

Исходя из этого, следует выбирать оптимальный вариант, обеспечивающий надежность при сохранении приемлемого расхода материалов. На практике обычно принимают расстояние между стропильными ногами равным 1~1,5 м.

Сечение элементов стропильной системы

В соответствии с проделанными расчетами стропильные ноги должны выдерживать суммарную нагрузку от веса кровли, снега и ветра. Это обеспечивается выбором их сечения:

Длина
стропил, м
Расстояние
между
ними, м
Минимальное
сечение, см
3 1.2 8×10
1.8 9×10
4 1.0 8×16
1.4 8×18
1.8 9×18
6 1.0 8×20
1.4 10×20

Стропильная система чердака

Самым распространенным вариантом кровли для нежилого чердачного помещения при ширине строения до 7~8 м является висячая стропильная система с углом наклона около 35°. Основой ее конструкции является треугольная ферма из стропильных ног, жестко связанных внизу горизонтальной затяжкой.

Такие фермы могут быть собраны по шаблону на строительной площадке, а затем подняты наверх по мере установки. Для более равномерно распределения нагрузок они могут быть дополнены стойками‑«бабками» и подкосами.

Для противодействия скольжению стропильных брусьев они должны опираться на затяжки шиповым или зубовым соединением, укрепленным для надежности сквозными болтами, скобами или хомутами.

Для деревянных строений обычно применяется такая схема:

  • Горизонтальные брусья‑затяжки стропильных ферм врезаются между предпоследним и последним венцами бревенчатого или брусчатого сруба, так, чтобы они выступали за наружную поверхность стен на 55~60 см. Это дает возможность избежать установки специального свеса, защищающего стены от осадков.
  • Те же брусья служат балками потолочного перекрытия в доме, что значительно снижает расход материалов при строительстве.

Чтобы расширить возможности чердака под двускатной крышей для создания в нем полноценного жилого помещения, особенно в доме небольшой ширины, приходится значительно увеличивать крутизну скатов. Это существенно повышает громоздкость всей конструкции, в также ее вес и стоимость.

Стропильная система мансарды

Устройство каркаса мансарды

Устройство каркаса мансарды

Такого недостатка лишена кровельная система мансардного типа, которую чаще всего выполняют в виде двускатной крыши с ломаными боковыми гранями. Хотя и более сложная в монтаже, она дает возможность оптимального размещения в чердачном помещении настоящей жилой комнаты.

Для этого наиболее подходит наслонная стропильная конструкция. Для ее создания организуется по осевой линии коньковый, а по краям — боковые прогоны, приподнимающие высоту чердачного помещения. Коньковый прогон должен иметь опору на фронтоны, внутреннюю стену либо на толстый продольный брус‑«матицу».

Стропила, состоящие из двух частей, опираются вверху на коньковый брус и боковой прогон, на который, в свою очередь, ложатся нижние части стропильных досок, снизу лежащие на мауэрлате.

В Интернете сегодня существует возможность, введя в онлайн‑режиме собственные исходные данные, рассчитать стропильную систему любой сложности. Конечно, следует помнить, что полученные результаты будут довольно усредненными и нуждающимися в корректировке к местным условиям. В общем случае их лучше всего увеличить на 20% для надежности.

Подводим итоги

Кроме всего вышесказанного не следует забывать, что красивая и соразмерная крыша помимо защиты жилища от осадков, ветра, низкой температуры и других атмосферных явлений, является еще и одним из основных элементов, украшающих строение и придающих индивидуальность и неповторимость его экстерьеру.

С этой статьей читают:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.


пять − 3 =