Как рассчитать стропильную систему: алгоритм расчета, формулы, примеры

Строительство крыши своими силами – задача вполне настоящая. Разумеется, для этого нужен конкретный объем знаний, и прежде всего это касается системы стропил – главного элемента крыши, который воспринимает и противостоит всем типам нагрузок.

Стропильная ферма практически обеспечивает конструкционную жесткость кровли, потому как делит нагрузку от обрешетки с уложенным кровельным материалом на внутренние и внешние опоры. Благодаря этому от того, как высчитать стропильную ферму, зависит надежность крыши, ее способность сопротивляться всем влияниям.

Как правильно высчитать стропильную ферму

Расчет компонентов системы стропил исполняют для того, чтобы установить хорошие параметры конструкции, обеспечивающие ее возможность держать влияние от совокупного веса кровли, плюс к этому покрытия и тепловой изоляции, в условиях самого большого влияния внешних нагрузок, ветровых и снеговых. Поэтому обосновано понимается вопрос, как высчитать стропильную ферму на суммарное влияние допустимых нагрузок. Например, вес покрытия, внутренней потолочной отделки, града, ветра, гололеда на кровле в период и т. д. В расчетах применяют коэффициенты надежности , скажем, 1,1 и 1,4. Первый повышает надёжность рассчитанной кровли на 10%, а второй – на 40%.

В основном, расчетная схема, которую принимают при расчетах – «идеализированная». Считается, что крыша находится под влиянием одинаково распределенной нагрузки, т. е. чувствует одинаковую и идеальную силу, которая одинаково действует на все скаты. В действительности данная картина почти не встречается. К примеру, когда ветер наметает на какой-то скат снеговые мешки, то он одновременно сдувает его с иного. Сила влияния на скатах, аналогичным образом, оказывается неравномерной.

Нагрузки на стропильные системы

Стропильные системы испытуют несколько видов влияния – временные и частые. Ко вторым относится вес компонентов крыши, включая кровлю, обрешетку, прогоны и стропильные системы. Ко вторым – снег и ветер. К непостоянным – относят также полезную, если она есть.

Снеговая

Данный тип влияния представляет большую опасность для верности конструкции, потому как огромные объемы накопившегося на крыше снега предоставляют на нее значительное влияние. Величина снеговой нагрузки устанавливается в горизонтальной проекции по формуле:

S=Sg * µ,

где

• Sg – масса снегового покрова, приходящейся на единицу площади горизонтальной плоскости. Такой параметр зависит от места размещения сооружения.
• µ – это показатель, выражающий зависимость от уклона крыши. Например, для крыш плоского типа до 25? – 1,0, для скатных с уклоном более 25 ?< ? < 60? – 0,7. При крутом уклоне, более 60°, нагрузка снега не принимается во внимание.

Ветровая

Для подсчета средней нагрузки ветра на этой высоте используют следующую формулу:

W=Woхk,

в которой

• Wo – нормативное значение, его выбирают по таблице, согласно ветровому району;
• k – показатель зависимости давления ветра от высоты, он различается в зависимости от местности, где выполняется строительство:

Поправка на ветер в расчет стропильных систем вносится лишь при уклоне кровли более 30°.

Подбор типа местности зависит от направления ветра, который используют во время расчета.

Как сосчитать с учетом ветра и снега

Рассчитаем нагрузки климата на примере Подмосковья, входящего в среднюю полосу РФ. Расчетные значения подбирают из СНиП 2.01.07-85*, а конкретно «Нагрузки и влияния».

СНиП 2.01.07-85* "Нагрузки и влияния" (1,1 MiB, 523 hits)

Допустим, уклон кровли составляет 22?. Это 3-ий снеговой регион, для которого расчетная – 180 кг/м2, а µ=1,0, тогда 180 x 1,0 = 180 кг/м2. Для кровель скатного типа с показателем µ=0,7 эта величина уменьшается до 126 кг/м2.

При образовании снегового мешка значение данного показателя может возрасти до 400-500 кг/м2.

Расчетная нагрузка ветра для того же региона равна 32 кг/м2. Если высказать предположение, что идет речь о 10-метровом доме, то величина влияния ветра окажется равной 32 х 0,65 = 20,8 кг/м2.

Иные

• Нагрузку, создаваемую подкровельной системой и самой кровлей рассчитывают согласно габаритам сооружения и объему применяемых материалов.
• Нужная принимается во внимание для конструкций, «связанных» со стропильными системами. Например, которые подвешены к ним потолки, вентиляционные камеры или водяные бачки, размещенные на фермах и т. д.

Во время проектирования крыши проводятся два типа расчетов:

• по своей прочности, который исключает повреждения стропил;
• по деформации, определяющий самую большую степень прогиба такой балки. Так, расчет системы стропил ломаной мансардной крыши должен иметь в виду, что прогиб стропильных систем для подобной конструкции не должен составлять более 0,004 длины участка, другими словами, например, самый большой прогиб 6-метровой балки может достигать 2 см. Сначала может показаться, что это не очень то и много, но, если даже чуть превысить величину деформации, она станет визуально видна. А большие прогибы сделают крышу идентичной на китайскую пагоду.

Расчет компонентов

Конструкцию системы определяют с учетом следующих показателей:

• Наклон крыши,
• величина перекрываемого пролета,
• сечение стропильных систем и обрешетин,
• совокупная нагрузка от покрытия кровли, ветра и снега,
• расстояние между стропильными системами, его идеальное значение определяют способом предела, другими словами того значения, по достижении которого, можно ждать частичного или полного разрушения.

Срез (сечение) стропильных систем выбирают, исходя из их длины и величины испытываемых нагрузок.

Значения, приведенные в этой таблице, разумеется, не считаются результатом настоящего расчета, они только рекомендованы к использованию при выполнении стропильных работ для обычных конструкций.

Настоящий расчет системы возможен при достаточном багаже знаний теории, конкретных способностей черчения и рисования. На счастье, задача проектирования сегодня существенно облегчена, благодаря хорошим компьютерным программам, приготовленным конкретно для разработки проектов самых разных элементов строительства. Они подойдут не только специалистам, но и приватным клиентам.

Пример расчета с помощью программ

Шаг 1. Расчет нагрузок

На начальной стадии в меню подбирают окно «Нагрузки» и вносят в ячейки таблиц голубого цвета нужные изменения:

«Исходники»

• Меняют уклон ската и шаг стропильных ног на возможные. Следующую строчку таблицы «Нагр. Кровли» наполняют данными из приведенной ниже таблицы.

• В следующую ячейку заносят сумму заранее рассчитаные нагрузок от ветра и снега. Дальше идет «Утепление (манс.)» – ячейку оставляют без изменений для тёплого чердачного этажа или вписывают 0 – для холодного.
• Поправляют также значения в таблице «Каркасная рама».

Если заполненные данные корректны, снизу окна должно возникнуть сообщение «Несущая способность обрешетки обеспечена!». В другом случае понадобится скорректировать размеры обрешетки или расстояние между стропильными системами.

Шаг 2 Стропильные системы с 2-мя опорами

На данном шаге работают с вкладкой «Строп. 1».

Начав с этой вкладки, данные уже которые занесены в таблицу будут подставляться программой в ячейки автоматично.

Какие правки исполняют на данном шаге?

• Вносят изменения в значение величины горизонтальной проекции стропильные системы на схеме и приступают к наполнению таблицы «Расчет стропильных систем».
• Значение толщины стропильные системы, которое вносят в ячейку «В (установленное)» должно быть более установленного« Втр (устойч.)».
• Ширина стропильных систем, внесенная строчку «Принимаем Н», должна превосходить значения, указанные в строчках «Нтр.,(прогиб)» и «Нтр.,(прочн.)». Если все значения подставлены правильно, то программа под схемой «запишет»: «Требование исполнено».

Строка «Н, (по сорт-ту)» заполняется самой программа, но необходимо знать что менять данные можно и самому.

Шаг 3 Стропильные системы с тремя опорами

Такие стропильные системы рассчитывают на вкладке «Строп.2» либо «Строп.3».

Какую подобрать зависит размещения переходной опоры. Вкладки выделяются по месту размещения средней стойки (опоры). На случай L/L1<2, говоря по другому, она находится правее середины стропильные системы, пользуются «Строп.2», в другом случае – «Строп.3». Стойка может находиться точно в середине, тогда не благодаря своему принципу, какую из них подобрать – результат будет тот же. С данными вкладками работают подобно «Строп. 1».

Шаг 4 Стойка

Величину изгибающего момента стойки и вертикального влияния на нее вносят (в тоннах) исходя из этого в ячейки «М=» и «N=». Надписи «Внецентр. обеспечено» и «Центральное обеспечено!» в самом центре означают допуск ко второму этапу.

Шаг 5 Балка

Перекрывающие балки в то же время испытуют распределенную и сосредоточенную нагрузки.

«Распределенная»

• В ней отмечают пролет и шаг балок. В качестве «Нагр.(норм.)» и «Нагр.(расч.)» подбирают исходя из этого 350 кг/м? и 450 кг/м?. По СНиПу это средние значения с прекрасным прочностным запасом. В них включены рабочие нагрузки и вес перекрытий.
• В строке «В, заданная» отмечают имеющуюся ширину сечения, в «Н, прогиб» и «Н, надёжность» – наименьшие высоты сечения, обеспечивающие возможный прогиб, при которым балка не поломается. Высоту сечения подбирают, равной большей из них.
• Если в конструкции нет стоек с опорой на перекрывающие балки, расчет завершают. В другом случае наполняют следующие таблицы: «Распред.+сосредоточ.» и «Сосредоточенная нагрузка».

В действительности работа с программой, в основном, трудностей не вызывает.

Для получения рекомендательных величин компонентов конструкции можно применить online калькулятор системы стропил, представленный ниже. Достаточно кликнуть по картинке, подобрать необходимый раздел, и ввести данные крыши.
[js]

[/js]