Ремонт и строительство Ремонт и строительство
Стропила – это та основа, на которой базируется вся крыша. От того, насколько правильно выбрано сечение наклонных балок, как они располагаются и связаны друг с другом и другими конструкциями здания, зависит прочность и долговечность постройки.
Таблица-памятка: через какое расстояние ставятся стропила*
| 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!
Содержание статьи
- 1 От этого зависит расстояние между стропилами
- 2 Влияние снеговой и ветровой нагрузки
- 3 Выбор кровельного материала
- 4 Вес изолирующих и утепляющих материалов
- 5 Обшивка, обрешетка, контробрешетка
- 6 Выбор сечения стропил и их материала
- 6.1 Пример расчета 1 (Подмосковье)
- 6.2 Пример расчета 2 (Петропавловск-Камчатский)
- 7 Выводы
- 7.1 Похожие статьи
От этого зависит расстояние между стропилами
Данный параметр, как и любые другие в строительстве, подбирается из соображений «необходимо и достаточно». Устраивать стропила чаще, чем это нужно, не стоит – большое их количество будет увеличивать нагрузку на несущие стены здания. Уменьшать количество по отношению к расчетному – тоже плохо, так как нагрузочная способность крыши снизится, она может просто провалиться под собственной тяжестью и тяжестью наваленного за зиму снега. Именно по этой причине довольно важно точно определить необходимое число балок с погрешностью не более чем в 3…5%.
Для расчета следует знать:
- длину опорной стены (стен);
- тип крыши – одно-, дву- или многоскатная;
- характер кровельного материала (непременно его удельный вес на квадратный метр);
- толщину «кровельного пирога» (утепление, гидро- и пароизоляция, защита от шума), вес применяемых 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 нередко 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.
Вместе с тем значительная часть перечисленных характеристик зависит от того, в каком районе находится постройка и, соответственно, какова снеговая и ветровая нагрузка на крышу.
В случае, если конструкция будущей крыши еще не известна, расчет начинают с определения снеговой и ветровой нагрузки и разнообразия примерной конструкции крыши. Далее есть два варианта действий: либо, отталкиваясь от выбранного сечения стропил, рассчитывать шаг, либо выбирать сечение после разнообразия расстояния между стропилами.
Влияние снеговой и ветровой нагрузки
Вес снега и воздействие ветра – существенные факторы при сборе нагрузок на стропила.
Кроме распределения снеговых масс по поверхности крыши (см. схему выше), нужно учитывать среднестатистический снеговой покров по регионам. При выборе известное значение, его добавляют к общей распределенной нагрузке.
Вместе с тем среднегодовое количество осадков влияет не просто на детали конструкции крыши, однако и на саму ее форму. Подробнее о правилах разнообразия уклона крыши зависимо от снеговой и ветровой нагрузки в нашей статье.
Для большинства регионов РФ нормальным считается угол наклона ската от 5 до 50 градусов, вместе с тем малоуклонные (5…15 градусов) крыши предпочтительны для многоэтажных жилых домов с довольно качественной гидроизоляцией, а для частных построек как правило выбирается угол 20…40 градусов.
Выбор кровельного материала
Это 2-ой базовый компонент сборной нагрузки, так как при расчете непременно следует учитывать вес квадратного метра кровли. Кроме 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.
| 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 |
В случае, 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.
Вес изолирующих и утепляющих материалов
Расчет изолирующей прослойки зависит от того, как будет эксплуатироваться пространство под крышей – для жилой мансарды необходимо максимально эффективное утепление, для неотапливаемого чердака это не принципиально, можно вообще обходиться не имея утепления. Тем не менее гидроизоляция обязательна и в данном случае.
Соответственно, вес изолирующих материалов под кровлей можно либо не считать (вес мембраны или пленки равен 1…2,5 кг), либо четко рассчитывать по используемым материалам.
Пример: при утеплении мансарды минеральной ватой толщиной 200 мм (плотность 190…220 кг/м.куб) квадратный метр подобного 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.
Обшивка, обрешетка, контробрешетка
Здесь сложно выполнить точные расчеты, не зная заблаговременно о планируемых вариантах работ.
Однако рассчитывать лучше на максимальную нагрузку, по этой причине 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 нередко 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. Результат – 16…22 кг/м.кв.
Тем самым, 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.
Выбор сечения стропил и их материала
Для Подмосковья, учитывая уже собранную нагрузку, применимы деревянные стропила. Они бывают исполнены в виде бруса или оцилиндрованного бревна, сечение четко коррелирует с шагом стропил и длиной стропильной ноги.
Как видно из таблицы, даже при незначительной длине ската (до 3 м) и малом расстоянии между стропилами нужно сечение не менее 80х100 мм. Собственный вес подобного бруса (или бревна диаметром 100 мм) составит около 8 кг. Нужно проверить, насколько собственный вес стропил увеличит общий вес кровельного пирога (а соответственно, нагрузку на стропила).
Пример расчета 1 (Подмосковье)
Для чего 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, используем стандартный метод вычисления несущей способности балки (в этом случае стропила).
Допустимый момент сопротивления бруса с сечением bxh=8х10 (высота на ширину)
W = bh2/6=133 см.куб.
Опора с таким моментом может выдержать прогиб (R в формуле – модуль упругости древесины, для сосны 2-го сорта, которая как правило 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.
В случае, 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, при выборе шаг стропил 600 мм. В данном случае максимальная допустимая нагрузка на погонный метр стропила будет
Q=183/0,6=305 кг/м.
Это уже гораздо ближе к требуемой нагрузке.
Однако более рационально не уменьшать шаг стропил двускатной крыши, а увеличить сечение бруса.
В случае, 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 не имея учета веса стропил. Из приведенного выше примера расчета понятно, что для этот нагрузки надо либо серьезно увеличивать сечение балки, либо сокращать шаг. Оба варианта не рациональны, так как за счет веса балок увеличат нагрузку на несущие конструкции здания на 12…25%, что нежелательно.
Однако можно заменить материал, приняв металлические стропила.
В данном 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 чего нужно применять специальные формулы.
Для примера приведена форма расчета двутавровой балки в расчетной программе.
Применяем 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.
Выводы
Рассчитывая шаг стропил односкатной крыши или более сложного сооружения, нужно иметь в виду:
- производить расчет лучше «с запасом», так как 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 нужно проверить правильность разнообразия прикидочным расчетом;
- принимая утепление под профлист или под металлочерепицу, стоит помнить о необходимости не только теплоизоляции, однако и защиты от шума – иначе стук дождя или града по крыше способен свести «на нет» весь комфорт проживания. Небольшое увеличение нагрузки на стропильную систему в данном случае оправдано.
