Стропильная система, бесспорно, является важнейшим структурным элементом любой скатной крыши. Последствием ее неправильной установки может стать не только деформация кровли, требующая дорогостоящего ремонта, но и полное обрушение крыши на голову несостоятельного строителя.
На устойчивость стропильной системы к различным нагрузкам влияют следующие четыре основных фактора:
- прочность креплений стропил к коньку и мауэрлату;
- верный расчет опорной конструкции для стропил в зависимости от длины пролета;
- выбор стропильного материала;
- шаг между стропилами.
Темой этой статьи является выбор материала и шага между стропилами с учетом предполагаемого типа кровли.
Принципы расчета обрешетки под профнастил
Как и большинство кровельных покрытий, профилированный лист крепится к обрешетке. Шаг обрешетки под профнастил оговорен в строительных нормах. В СНиПе указаны требования к данному параметру, исходя из угла наклона ската крыши
:
- при минимальном уклоне кровли для монтажа профнастила необходима сплошная обрешетка, либо обрешетка с шагом, не превышающим 400 мм (выбор зависит от толщины металла и марки используемого материала);
- при среднем уклоне деревянное основание может монтироваться с шагом 300 – 650 мм;
- если кровля имеет большой угол уклона, шаг может составлять до 1000 мм;
- отдельные марки профнастила, обладающие высокой жесткостью, могут монтироваться с шагом обрешетки до 3000 или 4000 мм, если угол наклона ската составляет более 8 градусов.
При проектировании кровельной системы следует заранее определиться с материалом финишного покрытия. Производители профнастила в сопроводительной документации указывают требования к укладке конкретного материала. Рекомендуется выполнять расчет обрешетки под профнастил, в соответствии с параметрами, указанными производителем (они не выходят за пределы требований СНиП).
В частном строительстве нередко выбирают профнастил с профилем высотой 35 мм из стального листа толщиной 0,6-0,7 мм. Такой материал может монтироваться на обрешетину с шагом до 1,5 метров, при этом кровля рассчитана на нагрузку до 600 кг на квадратный метр.
По такой крыше можно безбоязненно перемещаться при очистке или ремонте, но следует отметить, что данная конструкции повышенной прочности несколько дороже, чем кровля из профнастила меньшей жесткости.
Если предполагается использовать профнастил с высотой профиля 21 мм и менее, шаг обрешетки под профнастил должен быть минимальным, либо монтируется сплошная обрешетина. Данный кровельный материал не рассчитан на высокие нагрузки, для него требуется прочная основа, чтобы избежать деформации листов.
Профилированный лист с высотой профиля от 44 мм в частном строительстве практически не используется, так как этот материал предназначен для обустройства кровли промышленных сооружений
.
Подготовка материала для обрешетки
Чтобы рассчитать количество требуемого пиломатериала, необходимо знать длину и ширину ската, а также выполнить расчет шага. Кроме того, следует учесть, что у конька и карниза следует монтировать по две доски, чтобы обеспечить необходимую прочность кровельного настила.
Усиления требуют и места примыкания к печным трубам, слуховым окнам, вентиляционным коробам и т.д. К результату вычислений следует добавить еще 10%. так как в процессе монтажа пиломатериал придется подрезать до необходимых размеров и часть уйдет в отходы.
Сечение бруска должно составлять не менее 50×50 мм. Также обрешетка может выполняться из обрезной или необрезной доски толщиной 50 мм. Требуется использовать хорошо просушенный пиломатериал. Рекомендуется использовать брусья и доски из ели, сосны, бука, ольхи
Материал может быть не фугованным, но следует обратить внимание на прямолинейность его поверхностей
Доски и брус не должны быть покороблены, при необходимости поверхность элементов следует подправить.
Обрешетка под профнастил эксплуатируется в условиях повышенной влажности, поэтому велик риск повреждения деревянных элементов грибком и микроорганизмами. Чтобы предупредить гниение древесины, пиломатериал требуется обработать антисептиками. Также необходима противопожарная обработка элементов кровли. Сегодня выпускаются специальные составы для огнебиозащиты, которые позволяют проводить оба вида обработки за один раз.
Допускается обрабатывать уже готовую обрешетку, но конструкция кровли будет значительно эффективнее защищена, если она монтируется из элементов, заранее качественно пропитанных огнебиозащитным составом.
Определение сечения стропилин
Стропильные ноги крыш различной крутизны выполняют неоднозначную работу. На стропила пологих конструкций действует в основном изгибающий момент, на аналоги крутых систем к нему добавляется еще сжимающее усилие. Потому в расчетах сечения стропил обязательно учитывается наклон скатов.
На стропильные ноги крыш указанной крутизны действует лишь изгибающее напряжение. Рассчитываются они на максимальный момент изгиба с приложением всех видов нагрузки. Причем временные, т.е. климатические нагрузки используются в вычислениях по максимальным показателям.
У стропилин, имеющих только опоры под обоими собственными краями, точка максимального изгиба будет находиться в самом центре стропильной ноги. Если стропилина уложена на три опоры и составлена из двух простых балок, то моменты максимального изгиба придутся на середины обоих пролетов.
У цельной стропилины на трех опорах максимальный изгиб будет в районе центральной опоры, но т.к. под изгибающимся участком находится опора, то направлен он будет вверх, а не так как у предыдущих случаев вниз.
Для нормальной работы стропильных ног в системе необходимо выполнить два правила:
- Внутреннее напряжение, сформированное в стропилине при изгибе в результате приложенной к ней нагрузки, обязано быть меньше расчетного значения сопротивления пиломатериала на изгиб.
- Прогиб стропильной ноги должен быть меньше нормируемого значения прогиба, который определен соотношением L/200, т.е. прогнуться элементу разрешается только на одну двухсотую долю его реальной длины.
Дальнейшие вычисления состоят в последовательном подборе размеров стропильной ноги, которые в результате удовлетворят указанным условиям. Для вычисления сечения имеются две формулы. Одна из них используется для определения высоты доски или бруса по произвольно заданной толщине. Вторая формула применяется для расчета толщины по произвольно заданной высоте.
Читайте также:
В вычислениях необязательно пользоваться обеими формулами, достаточно применить только одну. Полученный в итоге расчетов результат проверяют по первому и второму предельному состоянию. Если расчетная величина получился с внушительным запасом по прочности, вводимый в формулу произвольный показатель можно уменьшить, чтобы не переплачивать за материал.
Если расчетная величина момента изгиба получится больше, чем L/200, то произвольное значение увеличивают. Подбор проводится в соответствии со стандартными размерами имеющихся в продаже пиломатериалов. Так подбирают сечение до того момента, пока не будет подсчитан и получен оптимальный вариант.
Рассмотрим простой пример вычислений по формуле b = 6Wh². Предположим, h = 15 см, а W это отношение M/Rизг. Величину М вычислим по формуле g×L2/8, где g – суммарная нагрузка, вертикально направленная на стропильную ногу, а L – это длина пролета, равная 4 м.
Rизг для пиломатериалов из хвойных пород принимаем в соответствии с техническим нормами 130 кг/см2. Допустим, суммарную нагрузку мы рассчитали заранее, и она у нас получилась равной 345 кг/м. Тогда:
M = 345 кг/м × 16м2/8 = 690 кг/м
Чтобы перевести в кг/см делим результат на 100, получаем 0,690 кг/см.
W = 0,690 кг/см/130 кг/см2 = 0,00531 см
B = 6 × 0,00531 см × 152 см = 7,16 см
Округляем результат как положено в большую сторону и получаем, что для устройства стропил с учетом приведенной в примере нагрузки потребуется брус 150×75 мм.
Проверяем результат по обоим состояниям и убеждаемся в том, что нам подходит материал с рассчитанным сейчас сечением. σ = 0,0036; f = 1,39
Стропила крыш крутизной более 30º вынуждены сопротивляться не только изгибу, но и силе сжимающей их вдоль собственной оси. В этом случае помимо проверки по описанному выше сопротивлению на изгиб и по величине изгиба нужно рассчитывать стропилины по внутреннему напряжению.
Т.е. действия выполняются в аналогичном порядке, но проверочных расчетов несколько больше. Точно также задается произвольная высота или произвольная толщина пиломатериала, с ее помощью рассчитывается второй параметр сечения, а затем проводится проверка на соответствие вышеперечисленным трем техническим условиям, включая сопротивление сжатию.
При необходимости в усилении несущей способности стропилины вводимые в формулы произвольные значения увеличивают. Если запас прочности достаточно большой и нормативный прогиб ощутимо превышает вычисленное значение, то есть смысл еще раз выполнить расчеты, уменьшив высоту или толщину материала.
Подобрать первоначальные данные для производства расчетов поможет таблица, в которой сведены общепринятые размеры выпускаемых у нас пиломатериалов. Она поможет подобрать сечение и длину стропильных ног для первоначальных вычислений.
Физические характеристики используемых материалов
Стропилу, несущему на себе всю конструкцию крыши, отводится центральная роль. Основной материал выполнения остова ─ деревянный брус соответствующего диаметра, способного выдержать вес выбранного профилированного покрытия. Основные показатели сечения увеличиваются на несколько процентов, создавая запас прочности. Неправильно закрепленный на стропиле профлист со временем может деформироваться под воздействием разницы температур, ветра. Расстояние между «ногами», установленными под профилированный металл, необходимо рассчитать, учитывая все необходимые показатели, сопровождающие установку и эксплуатацию кровельного материала. В противном случае, менять покрытие придется в скором времени.
Листовые гофрированные профили для крыши
Лучше всего под профнастил подходит стропило из дерева хвойных пород, предпочтительно сосны, адекватно реагирующее на воздействие атмосферных изменений, сезонное повышение влаги. Лиственная древесина подвержена гниению, растрескиванию, пересыханию, деформации, отчего материал приходит в непригодность очень быстро. Влажность «правильного» бруса, способного обеспечить наилучшие показатели эксплуатации, составляет пять-пятнадцать процентов. Сухая древесина ломается под тяжестью покрытия, влажная ─ деформируется сама, приводит к деформации кровли, облицованной профнастилом.
Штанга с сечением менее пяти сантиметров может применяться под профильные полосы высотой менее двух сантиметров, то есть стеновые. Профиль используют, строя крыши хозяйственных построек односкатного типа, не требующие утепления и усиления остова.
https://www.youtube.com/watch?v=jTQvBWOZDko
Общая схема расчета стропильного шага
Стропильная система – это несущая конструкция всей крыши. Она состоит из стропильных ног, вертикальных стоек и наклонных подкосов.
Каждое стропило располагается на определенном расстоянии от следующего – это расстояние называется «стропильный шаг».
Именно от него зависят прочность кровельной конструкции, максимально допустимая нагрузка на квадратный метр и материалы, которые можно использовать для кровельных работ.
По ГОСТам минимальное допустимое значение стропильного шага составляет 60 см, среднее – превышает 1 м.
Для определения приблизительного шага можно воспользоваться следующей формулой: D/(D/m+1), где D – длина крыши от конька до конька, m – приблизительный стропильный шаг.
Все полученные результаты необходимо округлять до ближайшего большего целого. Очевидно, что такая формула служит исключительно для приблизительных расчетов.
Чтобы определить точный размер шага, необходимо принимать во внимание следующие факторы:
- собственный вес стропильной системы, т. е. материалов, из которых она изготовлена;
- вес материала, которым вы планируете крыть крышу;
- вес дополнительных утеплителей, уплотнителей, системы гидро- и пароизоляции;
- вес обрешетки;
- вес отделочных материалов чердака;
- климатические нагрузки (ветер, скопление снега).
Помимо вышеперечисленных нагрузок, кровля должна выдерживать вес, по меньшей мере, одного взрослого человека, чтобы в случае ремонта или установки антенны монтажник мог без опасений взобраться на крышу.
Если вы планируете установку дымоходной трубы, то ее местоположение необходимо изначально включить в расчеты, чтобы в будущем не потребовалось снимать часть кровли и устанавливать дополнительные точки опоры.
Оптимальное и минимальное значение
Шаг является расчетной единицей.
Ведь он зависит, прежде всего, от нагрузки на каркас крыши и сечения стропильных ног.
Можно взять для их сооружения толстую доску и интервал между ними сделать 120 см.
При таком расстоянии может начать прогибаться обрешетка.
Да и утеплитель как укладывать?
Ведь у большинства материалов ширина равняется 1 метр.
Вот и принимают при расчете примерный шаг в 1 метр.
Минимальное расстояние между стропильными ногами составляет 70 см.
А для получения оптимального значения под каждый материал необходимо выполнять расчет.
Монтаж обрешетки
Как сделать обрешетку под профнастил? В первую очередь следует обратить внимание на структуру кровельного пирога скатной кровли, в случае, если в качестве финишного покрытия используется профнастил. Поверх стропил требуется уложить гидроизоляцию из рубероида либо специальной водонепроницаемой мембраны
Кровля из профлиста требует качественной вентиляции, поэтому вдоль стропил, поверх гидроизоляции, необходимо набить бруски сечением 50×50 мм – контробрешетка дает возможность создать требуемый вентиляционный зазор
.
Обрешетка крепится к контробрешетке. Для этого доски или бруски набиваются параллельно карнизу строго горизонтально. Чтобы упростить монтаж, рекомендуется натягивать веревку, закрепив по краям ската и поверив ее горизонтальность, лучше использовать деревянный шаблон.
К деревянным брускам контробрешетки обрешетка крепится скобами или гвоздями, если используются металлические элементы, следует применить саморезы. К бетонному основанию крыши она крепится с использованием дюбелей.
В нижней части ската, параллельно карнизу, крепится основная доска обрешетки, ее толщина должна быть больше, чем у остальных элементов. Толщина доски выбирается исходя из высоты профиля профлиста, а также длины используемого крепежа, с помощью которого закрепляется внешняя сторона листа кровельного покрытия.
По торцам ската крыши необходимо установить ветровые доски. Их поверхность должна находиться выше, чем остальные элементы обрешетки, на высоту профиля профнастила.
Монтаж обрешетки под профнастил далее выполняется по направлению снизу вверх. Каждый брусок крепится к каждому стропилу на один гвоздь. Для крепления доски к каждому стропилу следует использовать два гвоздя по верхнему и нижнему краю, чтобы избежать выворачивания доски с повреждением кровельного покрытия при высоких нагрузках.
Стыковать элементы обрешетки по длине следует на стропиле, закрепляя каждый из концов гвоздями или скобами. На одной стропильной ноге не следует стыковать обрешетку соседних ярусов.
Каркасное крепление облицовки
Профилированное покрытие предполагает выполнение крепежных работ специальными составляющими. Крыша здания постоянно подвергается воздействию воздушных потоков, сила которых сезонно изменяется. Крепеж листов на каркасную систему производится только специальными шурупами, имеющими заостренный винт, унифицированную шестигранную головку, позволяющую использовать шуруповерт. Фурнитура предотвращает повреждения отверстий резиновыми прокладками, амортизирующими при смене температур, усилении ветра. Прочности покрытию придает установка шурупов в каждую волну профлиста, стыки герметизируются. Использование кровельных гвоздей вызывает деформацию, повреждение листов, следовательно — непредусмотренную замену материала, сопровождающуюся дополнительными расходами.
Как вычислить длину стропил двускатной крыши
Жёсткость конструкции стропильной системы является обязательным требованием, и её обеспечение исключает прогиб при воздействии нагрузок. Стропила прогибаются в случае допущенных ошибок в расчётах конструкции и величины шага, с которым устанавливается стропильный брус. В случае, когда данный дефект выявлен после окончания работ, необходимо укрепить конструкцию с помощью подкосов, тем самым вы увеличите её жёсткость. При длине стропильного бруса более 4,5 м применение подкосов является обязательным, так как прогиб будет образовываться в любом случае под воздействием собственного веса бруса
Данный фактор обязательно принимается во внимание при выполнении расчётов
Длина стропил зависит от месторасположения их в системе
Определение расстояния между стропилами
Стандартный шаг, с которым выполняется установка стропил в жилом доме, составляет порядка 600–1000 миллиметров. На его величину влияет:
- расчётная нагрузка;
- сечение бруса;
- характеристика кровли;
- угол наклона крыши;
- ширина материала утеплителя.
Не рекомендуется искусственно уменьшать или увеличивать шаг стропил
Определение необходимого числа стропил происходит с учётом шага, с которым они будут устанавливаться. Для этого:
- Выбирается оптимальный шаг установки.
- Длина стены делится на выбранный шаг и к полученному значению прибавляется единица.
- Полученное число округляется до целого.
- Повторно делится длина стены на полученное число, тем самым определяется нужный шаг монтажа стропил.
Площадь стропильной системы
При вычислении площади двускатной крыши требуется учитывать такие факторы:
- Суммарную площадь, которая состоит из площади двух скатов. Исходя из этого определяют площадь одного ската и полученное значение умножают на число 2.
- В случае, когда размеры скатов различаются между собой, площадь каждого ската находится индивидуально. Суммарная площадь вычисляется сложением полученных значений для каждого ската.
- В случае, когда один из углов ската больше или меньше 90о, для того чтобы определить площадь ската, его «разбивают» на простые фигуры и вычисляют их площадь по отдельности, а затем складывают полученные результаты.
- При вычислении площади не учитывается площадь дымоходных труб, окон и вентиляционных каналов.
- Учитывается площадь фронтонных и карнизных свесов, парапетов и брандмауэрных стен.
Расчёт стропильной системы зависит от типа крыши
Например, дом имеет длину 9 м и ширину 7 м, стропильный брус имеет длину 4 м, свес карниза — 0,4 м, свес фронтона — 0,6 м.
Значение площади ската находится по формуле S = (Lдд+2×Lфс) × (Lc+Lкс), где:
- Lдд – длина стены;
- Lфс – длина свеса фронтона;
- Lc – длина стропильного бруса;
- Lкс – длина свеса карниза.
Получается, что площадь ската равна S = (9+2×0,6) × (4+0,4) = 10,2 × 4,4 = 44,9 м2.
Суммарная площадь крыши составляет S = 2 × 44,9 = 89,8 м2.
Размер двускатной кровли рассчитывают с целью определения требуемого количества кровельного материала. С увеличением угла наклона крыши увеличивается и расход материала. Запас должен составлять порядка 10–15%. Он обусловлен укладкой внахлёст. Для определения точного количества материала с учётом наклона скатов лучше всего использовать справочники.
Чем укрепить стропильную систему
Первым и наиболее важным элементом крепления стропильной системы является затяжка стропил. Ее применяют в случаях, когда при строительстве применяются висячие стропила. В качестве элементов для затяжки применяют брус или бревна, которые крепят к основаниям ног. Такая технология снижает силы, которые распирают ноги в горизонтальной плоскости.
На некоторой высоте от основания ног следует сделать вторую затяжку. Она делается более массивной, поскольку призвана предотвращать изгиб ног у основания. Это существенно повышает прочность и долговечность кровли. Еще одним способом укрепить стропильную систему является монтаж кобылки. Фактически это доски, которые прибиваются к ногам (у основания) стропил для его продолжения. Сечение досок должно быть в 2 раза меньше, чем сечение бруса ног, однако на каждую ногу следует набить 2 доски. Длина одной кобылки должна быть около 1,1 метра. При этом 50% от длины крепится к ноге, а оставшаяся половина свешивается с нее.
Чтобы укрепить конструкцию крыши, мастера-кровельщики рекомендуют воспользоваться специальными уголками. Они позволяют тщательно зафиксировать все элементы конструкции, повышая при этом надежность крепления. Этим обеспечивается высокая несущая способность стропил. В качестве элементов крепления следует использовать длинные саморезы.
Расстояние между стропилами
Стропильная система, бесспорно, является важнейшим структурным элементом любой скатной крыши. Последствием ее неправильной установки может стать не только деформация кровли, требующая дорогостоящего ремонта, но и полное обрушение крыши на голову несостоятельного строителя.
На устойчивость стропильной системы к различным нагрузкам влияют следующие четыре основных фактора:
- прочность креплений стропил к коньку и мауэрлату;
- верный расчет опорной конструкции для стропил в зависимости от длины пролета;
- выбор стропильного материала;
- шаг между стропилами.
Темой этой статьи является выбор материала и шага между стропилами с учетом предполагаемого типа кровли.
Особенности монтажа
При монтаже стропильной системы кровли мансарды используются скрепление и установка стропил в виде простых геометрических фигур. Наибольшей жесткостью (прочностью) обладает увязка в треугольник, что и применяется при строительстве мансардной крыши. Так, наиболее распространенная двускатная крыша включает в себя ряд треугольников из стропил, соединенный продольными лагами (прогонами). Увязку стропил в треугольник обеспечивает нижняя поперечная балка (мауэрлат). Для облегчения крепления внешнего покрытия крыши и перераспределения его веса на стропилах изготавливается решетка в виде поперечных брусков или досок.
Ломаная крыша соединяет в себе два типа стропильных соединений. Нижние стропила с помощью мауэрлата и стойки соединяются в прямоугольные треугольники, которые, в свою очередь, скрепляются продольным прогоном между собой вверху. Внизу стропила мансарды опираются на стену дома. Верхние соединяются в треугольник по аналогии с двускатной конструкцией.
Рисунок 1. Таблица подбора сечения бруса для стропил.
Нижний торец стропила закрепляется на поперечном лаге, а верхние торцы соединяются вместе через продольный верхний прогон. Нижние углы скрепленного треугольника соединяются между собой с помощью продольного нижнего прогона. Система, образованная висячими стропилами, закрепляется на нижней стропильной системе. Для укрепления верхних треугольников применяют дополнительные вертикальные стойки. Таким образом, мансардная крыша представляет собой с каждой стороны поверхность с изломом. От стены начинается скат с большей крутизной, а затем он приобретает более пологий вид.
Соединение стропил мансарды с продольными брусьями (в том числе с балкой перекрытия) производится методом врубки стропил в брус на треть его высоты. Закрепление на поперечных балках целесообразно производить винтовым соединением. При таких креплениях функции двух разных стропильных систем разделяются, и они рассчитываются как отдельные системы.
Виды стропильных систем двускатной крыши
Двускатная стропильная система бывает с висячими и наслонными стропилами. Как одна, так и другая схемы могут быть применены для обустройства кровли из металлочерепицы. Чтобы знать, чем они отличаются друг от друга, и из каких элементов состоят, стоит рассмотреть каждую из них. Здесь нужно отметить, что в ниже представленных схемах указаны только лишь основные элементы стропильных систем, но при необходимости они могут быть усилены дополнительными деталями, о которых речь шла выше.
Наслонная стропильная система
Двускатная стропильная система наслонного типа опирается на внутреннюю стену здания
Наслонная стропильная система состоит из следующих основных элементов:
1 – Несущие стены.
2 – Мауэрлат.
3 – Стойка, установленная на лежень.
4 – Стропило.
5 – Обрешетка.
Наслонная система отличается от висячей тем, что устанавливается на строение, имеющее внутренние капитальные перегородки. Капитальные внутренние стены используются для закрепления на них лежня, на который устанавливаются стойки, подпирающие коньковый прогон, с которым скрепляются верхние концы стропильных ног. Затем на стропила фиксируются доски обрешетки.
Эта конструкция более популярна, чем висячая, так как надежна и проста в монтаже.
крепления для стропил
