Содержание
Прочность крыши напрямую зависит от того, насколько точно сделан расчет стропильной системы, в которой имеет значение и угол наклона скатов, и длина, равно как и сечение балок.
Выбираем стропильную конструкцию
Прочность крыши определяется не только материалом, из которого сделаны стропильные ноги, но и схемой их сборки. К примеру, кто-то может решить, что металлические фермы будут самым надежным решением для настила кровли, однако следует помнить, что это создаст добавочную нагрузку на стены и фундамент, которые придется усиливать. Поэтому зачастую для стропил используют пиломатериалы, среди которых можно выделить брус, доски, а также планки разного сечения для обрешетки. Реже применяется кругляк.
Древесина достаточно прочна, но очень важно соразмерять площадь кровли с длиной и сечением опорных элементов. Именно поэтому мауэрлат (опорные горизонтальные балки по верхнему краю стен вдоль всего периметра дома) выбирается с большим запасом прочности. Кроме того, все части стропильной системы рассчитываются так, чтобы они выдерживали их собственный суммарный вес вместе с кровлей и дополнительной временной нагрузкой (длительной или непродолжительной). Все это должно быть учтено непосредственно в проекте дома.
Независимо от конструкции в ней используются только определенные элементы, а именно: стропильные ноги, стойки, устанавливаемые под углом подкосы, коньковая балка. Также необходимы ригели и подбалочники, которые обеспечивают жесткость каркаса крыши. Но поскольку основополагающим фактором является площадь кровли и ее наклон, расчеты ведутся только относительно стропил: их длины, сечения и угла к горизонту, а также расстояния между ними. Известно, что лучше всего оказывает сопротивление нагрузкам треугольник, поэтому именно эта фигура образуется с помощью ригелей, устанавливаемых в качестве поперечин между стропилами двускатной кровли.
Определение угла наклона скатов
На данном этапе можно обойтись без формул, поскольку покатость крыши зависит от того, какой кровельный материал будет на нее настелен. То есть существуют определенные диапазоны углов наклона крыши, допустимые для жесткого или мягкого покрытия, тяжелого или легкого. Также играет роль климатический фактор – чем больше осадков выпадает за год в вашей местности, тем круче должен быть угол скатов, в идеале – в пределах от 45 до 60 градусов. И, напротив, там, где сильные ветры, нужно сделать уклон как можно меньше.
Если вы планируете укладывать на обрешетку профнастил, то с учетом сравнительно небольшого веса материала, максимальный угол стропил можно сделать до 35 градусов. Что касается минимального наклона, нежелательно делать его меньше 12°. Для металлочерепицы максимальный угол крутизны скатов соответствует 27°. Минимальная крутизна поверхности для шифера не должна быть больше 22°. Мягкую кровлю можно уложить с наклоном от 6° до 15°. Лучше всего зависимость углов скатов от материала и соответствие градусов процентам определять по таблицам.
Таблица выбора материала по углу уклона кровли
Вид кровли | Минимальный уклон крыши | ||
в градусах | в % | в соотношении высоты ската к заложению (формула i = H:L) | |
| Кровли из рулонных битумных материалов: 3 и 4 слоя (наплавляемая кровля) | 0-3° | до 5 % | до 1:20 |
| Ондулин | 5° | 8,7 | 1:11 |
| Волнистые асбоцементные листы (шифер) | 9° | 16 | 1:6 |
| Керамическая черепица | 11° | 19 | 1:6 |
| Битумная черепица | 11° | 19 | 1:5 |
| Металлочерепица | 14° | 25 | |
| Цементно-песчаная черепица | 34° | 67 % | 1:1,5 |
| Деревянная кровля | 39° | 80 % | 1:1.125 |
| Примечание. Заложение – длина проекции ската на горизонтальную поверхность | |||
Таблица соотношения градусов и процентов
градусы | % | градусы | % | градусы | % |
1° | 1,7% | 16° | 28,7% | 31° | 60,0% |
2° | 3,5% | 17° | 30,5% | 32° | 62,4% |
3° | 5,2% | 18° | 32,5% | 33° | 64,9% |
4° | 7,0% | 19° | 34,4% | 34° | 67,4% |
5° | 8,7% | 20° | 36,4% | 35° | 70,0% |
6° | 10,5% | 21° | 38,4% | 36° | 72,6% |
7° | 12,3% | 22° | 40,4% | 37° | 75,4% |
8° | 14,1% | 23° | 42,4% | 38° | 78,9% |
9° | 15,8% | 24° | 44,5% | 39° | 80,9% |
10° | 17,6% | 25° | 46,6% | 40° | 83,9% |
11° | 19,3% | 26° | 48,7% | 41° | 86,0% |
12° | 21,1% | 27° | 50,9% | 42° | 90,0% |
13° | 23,0% | 28° | 53,1% | 43° | 93,0% |
14° | 24,9% | 29° | 55,4% | 44° | 96,5% |
15° | 26,8% | 30° | 57,7% | 45° | 100% |
Следует помнить, что с увеличением угла наклона кровли становится больше и ее площадь, а значит, материалов для укладки на обрешетку понадобится больше.
Особенности расчета конструкции крыши
Перед тем, как рассчитать любую стропильную систему, важно найти компромисс между количеством опорных элементов и суммарным весом всей конструкции. То есть, если установить ноги слишком часто, их масса в значительной степени понизит сопротивление кровельной нагрузке, если же стропил будет мало, будет потерян запас прочности. Именно поэтому высчитывается совокупность всех возможных нагрузок, которые делятся на постоянные и временные, а последние еще классифицируются, как краткие, длительные и особого типа.
К непродолжительным можно отнести передвижение по кровле, длительные нагрузки вызываются штормовым ветром или массой снежного покрова, а особые возникают в таких ситуациях, как землетрясение или ураган. Существует большое количество формул для вычисления сил, оказывающих воздействие на стропильную конструкцию, однако большая их часть относится к профессиональным расчетам, с применением графиков и различных коэффициентов. В большинстве случаев можно пойти простым путем, без определения синусоид ветрового давления и сопромата.
Первый этап, выполняемый перед тем, как рассчитать длину стропил – определение нагрузки, возникающей из-за снеговой массы. Она высчитывается по двум показателям: величине массы снега на 1 м2 поверхности земли в определенном регионе (P) и коэффициенту переноса весового значения на кровельное покрытие (k). Формула такова: F = Pk, первое значение берется из таблицы, ориентируйтесь по карте снеговых регионов:
| Снеговой район | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
| Вес снегового покрытия Sg (кгс/м2) | 80 | 120 | 180 | 240 | 320 | 400 | 480 | 560 |
Величина коэффициента k принимается в зависимости от угла наклона скатов крыши, либо не учитывается вовсе. То есть, если кровля пологая (менее 25 градусов к горизонту), то снег скапливается на ней почти так же, как на земле, поэтому коэффициент в таких случаях равен 1. При наклоне в диапазоне от 25 до 60 градусов k = 0.7, то есть масса снега будет меньшей, чем на ровной поверхности. Однако в тех случаях, когда скаты установлены под углом, превышающем 60 градусов, снежный покров на крыше не удержится, а потому необходимость выполнять расчет нагрузки отпадает.
Определение ветрового давления на кровельную конструкцию осуществляется по формуле W = Woko, оба значения которой берутся из соответствующих таблиц. Следует учитывать, что сила ветра зависит от местности, и потому коэффициент ko определяется в зависимости от типа ландшафта на разных высотах. Различают следующие типы: A – открытые побережья водоемов, степь, тундра, пустыня; В – открытые городские территории, пригород, лесные массивы (пространство с препятствиями до 10 метров высотой); С – городские районы с сооружениями выше 25 метров. Значение Wo соответствует обычной ветровой нагрузке в соответствующем районе и также берется из таблицы.
Таблица изменения коэффициента ветрового давления по типам местности и высотам.
Высота z, м | Коэффициент k для типов местности | ||
A | B | C | |
| ≤ 5 | 0,75 | 0,50 | 0,40 |
| 10 | 1,00 | 0,65 | 0,40 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,50 | 1,10 | 0,80 |
| 60 | 1,70 | 1,30 | 1,00 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 100 | 2,00 | 1,60 | 1,25 |
| 150 | 2,25 | 1,90 | 1,55 |
| 200 | 2,45 | 2,10 | 1,80 |
| 250 | 2,65 | 2,30 | 2,00 |
| 300 | 2,75 | 2,50 | 2,20 |
| 350 | 2,75 | 2,75 | 2,35 |
| ≥ 480 | 2,75 | 2,75 | 2,75 |
| Примечание. Местность, где построен дом, соответствует тому или иному типу при условии, что с наветренной стороны от здания она простирается на расстояние 30h при высоте постройки h до 60 метров и 2 километра для более высоких сооружений. | |||
Таблица ветровой нагрузки местности (определяется по карте зон ветрового давления).
Ветровой район | Ia | I | II | III | IV | V | VI | VII |
Ветровая нагрузка Wo (кгс/м2) | 17 | 23 | 30 | 38 | 48 | 60 | 73 | 85 |
Определение сечений элементов каркаса крыши
Данный расчет стропильной системы можно начинать уже после того, как рассчитаны отдельные и совокупные нагрузки на поверхность кровли, поскольку многие параметры зависят именно от прилагаемых к конструкции сил. Кроме того, учитывается длина стропильных ног и шаг между ними, от которых, в свою очередь, зависит высота установки ригеля (затяжки).
Раньше в качестве основных ребер кровельного каркаса использовался брус большого сечения, но в настоящее время чаще устанавливается широкая доска, которая может быть усилена накладками. Ширина стропил при длине в пределах 6 метров должна быть не менее 15 сантиметров, если же длина больше 6 метров, то не меньше 18 сантиметров.
| Нагрузка на крышу, кг/м2 | Угол наклона стропил “φ”, в градусах | Шаг стропил, | Сечение стропил, | Длина стропил, | Расстояние между ригелем и мауэрлатом, м | |||
Длина проекции стропил, м | ||||||||
3 | 3,5 | 3 | 3,5 | 3 | 3,5 | |||
160 | 25 | 1,8 | 5х12 | 5х14 | 3,3 | 3,90 | 2,15 | 2,40 |
30 | 5х13 | 5х15 | 3,45 | 4,0 | 2,3 | 2,70 | ||
35 | 5х13 | 5х16 | 3,65 | 4,30 | 2,45 | 2,80 | ||
40 | 5х14 | 5х17 | 3,90 | 4,60 | 2,60 | 3,05 | ||
45 | 5х16 | 5х14- | 4,25 | 4,95 | 2,85 | 3,30 | ||
194 | 25 | 5х13 | 5х15 | 3,3 | 3,90 | 2,15 | 2,40 | |
30 | 5х14 | 5х16 | 3,45 | 4,0 | 2,3 | 2,70 | ||
35 | 5х14 | 5х16 | 3,65 | 4,30 | 2,45 | 2,80 | ||
40 | 5х15 | 5х14- | 3,90 | 4,60 | 2,60 | 3,05 | ||
45 | 5х16 | 5х15- | 4,25 | 4,95 | 2,85 | 3,30 | ||
238 | 25 | 5х13 | 5х16 | 3,3 | 3,90 | 2,15 | 2,40 | |
30 | 5х14 | 5х17 | 3,45 | 4,0 | 2,3 | 2,70 | ||
35 | 5х15 | 5х17 | 3,65 | 4,30 | 2,45 | 2,80 | ||
40 | 5х16 | 5х15- | 3,90 | 4,60 | 2,60 | 3,05 | ||
45 | 5х14- | 5х16- | 4,25 | 4,95 | 2,85 | 3,30 | ||
279 | 25 | 5х14 | 5х17 | 3,3 | 3,90 | 2,15 | 2,40 | |
30 | 5х15 | 5х14- | 3,45 | 4,0 | 2,3 | 2,70 | ||
35 | 5х16 | 5х15- | 3,65 | 4,30 | 2,45 | 2,80 | ||
40 | 5х17 | 5х16- | 3,90 | 4,60 | 2,60 | 3,05 | ||
45 | 5х15- | 5х17- | 4,25 | 4,95 | 2,85 | 3,30 | ||
279 | 25 | 1,5 | 5х13 | 5х16 | 3,3 | 3,90 | 2,15 | 2,40 |
30 | 5х14 | 5х17 | 3,45 | 4,0 | 2,3 | 2,70 | ||
35 | 5х15 | 5х14- | 3,65 | 4,30 | 2,45 | 2,80 | ||
40 | 5х16 | 5х15- | 3,90 | 4,60 | 2,60 | 3,05 | ||
45 | 5х17 | 5х16- | 4,25 | 4,95 | 2,85 | 3,30 | ||
Размеры других элементов каркаса должны соответствовать. В частности, для мауэрлата в сечении предпочтительны габариты 15х15, 15х10, либо 10х10 сантиметров. Ендовы изготавливаются из бруса 20х10 сантиметров, равно как и прогоны, но последние бывают и меньше, в частности – 15х10 и 10х10. Ригели, которые играют роль затяжек, делают обычно с габаритами 15х5, а те, что укладываются под стойки и называются лежнями, имеют размеры 20х10 или 15х10 см, в то время как сами стойки изготавливают из бруса 15х15 либо 10х10. Для подкосов обычно выбирают пиломатериалы с сечением 15х5 сантиметров.
