Снежная нагрузка на кровлю. Лёгкий метод расчёта снеговой нагрузки на крышу. Взаимосвязь сечения и длины стропил

Надежная кровля способна защитить верхнюю и внутреннюю часть здания от всевозможного природного давления. Она удерживает дождевую воду и потоки различного воздуха от проникновения и пагубного воздействия на строительные материалы и целостность конструкций. Но не все разбираются в тонкостях расчета снеговой нагрузки на кровлю, поэтому разберемся в этом вопросе.

Основные функции

Заключаются в тех моментах, которые мы уже рассмотрели, но на самом деле функциональное назначение кровли значительно шире, чем его представляют не особо продвинутые в этом вопросе люди. Дело в том, что воздействие на поверхность кровли кроется не только в ее износостойкости.

Давление внешней среды оказывается почти на все несущие конструкции строения – стены, поскольку крыша стоит на них, фундамент – на него монтируются все, существующие элементы дома. Закрывать глаза на, происходящие нагрузки губительно для здания. Однажды оно может неожиданно разрушится либо покрыться многочисленными трещинами, возможно, проседание крыши и частичный обвал стен.

Для снегозадержания толщина кровли должна быть достаточной, чтобы она просто не проломилась. Необходимо выбирать качественную крышу, которая выдержит даже мешок со снегом на квадратный метр.

Виды

Разновидностей не так мало, как может показаться на первый взгляд. Основные – это снеговое и ветровое воздействие на кровлю.

Снег в зависимости от географического расположения здания способен оказывать давление в определенное время года. А мощный ветер создает опасное воздействие всегда, и поэтому считается более коварным врагом кровли. Но сила воздушных потоков зависит от сезонных колебаний и близости к морю, поскольку здесь чаще зарождаются мощные циклоны способные значительно повредить крышу.

Многие знакомы с разрушительными возможностями смерчей, ураганов, шторма. Но обычно такое воздействие длится недолго и не создает постоянной нагрузки. Итак, снег и ветер воздействует на кровлю разными способами.

Важна интенсивность давления.

1. Снежный покров отличается постоянством статистического давления. Но с помощью очищения крыши можно уменьшить опасность критической ситуации в виде провала или проседания конструкции кровли. В этом случае направление воздействующей силы никогда не меняется.
2. Ветер непостоянен – неожиданно усиливается либо затихает. Направление его воздействия всегда меняется, и это очень опасно для поверхности кровли, поскольку могут пострадать наиболее уязвимые места.

Но снеговой слой, скопившийся на крыше, несет и другую опасность. Мы поняли, что он постоянно давит на кровлю, но иногда способен внезапно сойти с нее под стены здания, в том числе из-за сильного ветра. Это может стать причиной серьезного ущерба различному имуществу либо человеческому здоровью. Но не стоит забывать о комбинировании воздействия снега и сильного ветра. Разрушительная мощь такого союза способна показать всю силу в момент возникновения урагана, смерча или шторма.

Почему-то о такой возможности все забывают. Вероятно потому, что подобные природные явления происходят нечасто. Но рекомендуется подготовиться к их появлению заранее. Для этого необходимо максимально усилить устойчивость кровли и стропильной системы.

Угол наклона важен

Нагрузка напрямую зависит от угла наклона крыши. Так формируется мощность контакта воздушных и снеговых масс с поверхностью кровли. Снег всегда оказывает вертикальное воздействие, а ветер горизонтальное, но с изменением направления давления на кровлю, стены, фундамент. За счет понимания этих особенностей можно уменьшить силу давления данных факторов и образование опасности для целостности и надежности строения.

Если спроектировать более крутой вариант наклона крыши можно значительно снизить возможность давления снега на структурную целостности крыши или полностью избавится от него, поскольку не будет предпосылки для большего скопления осадков на ее поверхности. Но это станет причиной увеличения уязвимости перед ветровым действием. Придется серьезно поразмыслить, как сделать лучше, чтобы получить максимальную выгоду от формы конструкции крыши.

Важно: Необходимо учитывать специфику климатических условий, в которых построен дом. Если зима не проходит длительное время, а ветер не особенно сильный тогда понятно, что крутой наклон оптимальное решение. В других случаях необходимо учитывать направление ветра и создавать крышу с условием наименьшего образования препятствий для воздушных потоков и наилучшего уменьшения накопления снега на ее поверхности. Рекомендуем искать ту самую золотую середину, позволяющую качественно бороться с природными явлениями.

Географический фактор

Вес снега напрямую зависит от региона. Естественно, что этот показатель больше в северных областях и уменьшен в южных. Но существует особенное место – возле гор либо на высокой части холмов. Да иногда дома строятся и здесь, и владельцам постоянно приходится сталкиваться с проблемой сильного снежного и ветрового воздействия. Это происходит в любых географических точках, поскольку такова специфика высокогорных участков планеты.

На основе строительных норм и правил (СНиП) предлагаются подробные таблицы. Они объясняют допустимый уровень снега на территории различных регионов.

Важно: Учитывается нормальное состояние снежного покрова крыши. Необходимо осознавать, что мокрый снег значительно тяжелее сухого аналога. И поэтому рекомендуем учитывать это во время расчетов.

На основе предложенной информации можно с уверенностью рассчитывать необходимую прочность и наклон крыши. Но не стоит отбрасывать особенности материала, использованного для образования покрытия крыши. Дополнительные факторы, приводящие к увеличению скопления снежного покрова на крыше, не менее важны. В совокупности все это может значительно превысить нормативные показатели, предложенные в таблице.

Правильность расчета прежде всего

Тщательно рассчитывайте нагрузку снега на площадь плоской крыши. Для этого нужно опираться на предельные состояния. Когда различные силы способны привести к необратимому изменению структуры кровли. Необходимо не допустить уменьшение прочности ниже допустимых значений, и желательно учитывать присутствие запаса надежности. Не делайте прочность кровли впритык к нормативам, поскольку это, может, обернуться неприятными последствиями.

Состояние крыши характеризуется различными категориями. Например, конструкция пребывает в состоянии разрушения, или же покрытие крыши значительно деформировано, и скоро начнет разрушаться.

Расчет необходимо осуществлять на основе обоих возможных состояний. Но рекомендуем использовать оптимальное решение для достижения результата. Без чрезмерного вложения средств на дорогие строительные материалы и человеческий труд. В ситуации с плоскими крышами применяется поправочный коэффициент на уклон в значении – 1, что считается максимально возможной нагрузкой.

На основе данных из таблицы, предложенной СНиП, общая масса снега, согласно нормативному значению, должна умножаться на площадь, покрытую кровлей. В итоге уровень воздействия, может, составлять десятки тонн. Из-за этого на территории РФ такая конструкции крыши не особо прижилась. Ведь известно, что почти вся Россия располагается в климатических зонах с большим количеством снеговых осадков. В большинстве районов они длятся почти круглый год.

Правильное применение информации об уровне снеговой нагрузки в процессе создания проекта кровли возможно лишь с учетом наличия всей необходимой информации. Рассчитанный коэффициент необходимо правильно переложить на проект кровли, что в особенности касается ее стропильного участка. Хотя мауэрлат не зависит от снежного давления, и укладывается на стены, позволяет надежно распределить давление стропил на их поверхность.

Расчет стропил рекомендуется выполнять максимально точно, исходя из особенностей места строительства, внешней нагрузки на стропильную систему, размеров и конфигурации сооружения, характеристик материала для возведения крыши.

Виды нагрузок на стропила

Строительство скатной крыши требует создания прочного каркаса – несущей конструкции кровли. На этапе проектирования требуется выполнить расчет стропил, с целью определения длины и сечения элементов, которые принимают на себя основные нагрузки (постоянные и переменные).

К постоянным нагрузкам относится вес самого кровельного пирога, который состоит из внешнего покрытия, обрешетки, гидроизоляционного слоя, теплоизолятора, пароизоляции и внутренней обшивки чердачного или мансардного помещения. К этому же типу нагрузок относится вес оборудования или других объектов, которые планируется разместить на крыше или закрепить на стропилах изнутри.

Под переменными нагрузками подразумевается воздействие ветра и осадков, а также вес человека, занимающегося ремонтом или очисткой кровли. В этот же разряд входят и особые нагрузки, в том числе сейсмические – их наличие предъявляет повышенные требования к надежности крыши.

Расчет веса кровельного пирога

Прежде чем подойти к вычислению сечения стропильной ноги односкатной, двускатной или вальмовой крыши, важно определиться с весом кровельного пирога. Для этого требуется расчет, формула которого предельно проста: суммируется вес одного квадратного метра каждого слоя кровельной системы, а полученный результат умножается на 1,1 – поправочный коэффициент, позволяющий повысить надежность конструкции на 10%.

Таким образом, стандартный расчет веса кровли выглядит следующим образом : (вес 1 м 2 обрешетки + вес 1м 2 кровельного покрытия + вес 1 м 2 гидроизоляции + вес 1 м 2 утеплителя) × 1,1 = вес кровельного пирога с учетом поправочного коэффициента. При использовании большинства популярных кровельных материалов (за исключением наиболее тяжелых) данная нагрузка на стропила не превышает 50 кг/м 2 .

Разрабатывая проект односкатной или двускатной крыши достаточно ориентироваться на вес кровельного пирога, равный 55 кг/м 2 . Такой подход позволит возвести каркас кровли с запасом по прочности и в дальнейшем менять вид кровельного покрытия без перерасчета стропильной системы.

Снеговые и ветровые нагрузки

Для многих регионов России актуален вопрос снеговых нагрузок на стропила – от стропильной ноги требуется выдерживать, не деформируясь, тяжесть накопившегося снега. Чем меньше угол наклона кровли (обычно это относится к односкатной конструкции), тем выше снеговые нагрузки. Строительство практически плоской односкатной крыши требует использования стропил большого сечения и минимального шага их монтажа. При этом следует регулярно заниматься очисткой односкатной кровли, угол наклона которой не превышает 25°.

Формула S = Sg × µ позволяет вычислить снеговую нагрузку (S). При этом:

• Sg – справочное значение веса снегового покрова на 1 квадратном метре горизонтальной поверхности (выбирается по таблице в СНиП «Стропильные системы» в зависимости от региона строительства);
• µ – поправочный коэффициент, величина которого определяется углом наклона крыши.

Коэффициент µ равен :

• 1,0 – угол наклона ската до 25°;
• 0,7 – угол наклона ската от 25 до 60°.

Для крыш со скатами, угол наклона которых превышает 60°, снеговые нагрузки при расчетах не учитываются.

Для вычисления ветровой нагрузки (W) применяется формула W = Wo × k, где:

• Wo – справочное значение ветровой нагрузки, характерной для конкретного региона (выбирается по таблице);
• k – поправочный коэффициент, значение которого зависит от высоты сооружения и типа местности.

А – открытая местность (поле, степь, побережье);

Б – городская застройка, лес.

Взаимосвязь сечения и длины стропил

Расчет длины стропил выполнить достаточно просто, если принять во внимание, что практически вся крыша представляет собой систему треугольников (неважно, речь об односкатной, двускатной или сложной кровле). Зная длину стен постройки, угол наклона ската либо высоту конька, при помощи теоремы Пифагора вычисляется длина стропильной ноги от края стены до конька. К полученному значению требуется прибавить величину карнизного свеса (если стропила будут выступать за край стены). В некоторых случаях карнизный свес формируется за счет установки кобылок – досок для наращивания стропильной ноги. Длина кобылок суммируется к длине стропила при расчете площади крыши – это позволит определить точное количество материалов для монтажа кровельного пирога.

Чтобы определить, доска или брус какого сечения подходит для возведения конкретной односкатной, щипцовой или вальмовой крыши, можно воспользоваться таблицей стандартов, в которой приведены соответствия между такими параметрами, как толщина пиломатериала, длина стропильной ноги и шаг установки стропил.

Параметры сечения стропил варьируются от 40×150 мм до 100×250 мм. Длина стропильной ноги зависит от угла наклона ската и длины пролета между противоположными стенами. При увеличении угла наклона ската увеличивается длина стропила, что требует использования пиломатериала большего сечения для обеспечения необходимой прочности конструкции . При этом снеговая нагрузка на крышу уменьшается, и можно сделать шаг установки стропил более редким. В то же время, уменьшение шага стропил ведет к возрастанию суммарной нагрузки на стропильную ногу.

Выполняя расчет, необходимо принимать во внимание все факторы, чтобы добиться необходимой прочности каркаса крыши, в том числе учитывать характеристики древесины (плотность, степень влажности, качество) при возведении деревянных конструкций, толщину элементов из металла – при строительстве металлических каркасов крыши.

Несущая конструкция крыши должна иметь высокую степень жесткости – требуется исключить прогиб стропил под нагрузками. Прогиб возникает, если были допущены ошибки при вычислении сечения элементов крыши и шага установки стропил. Если прогиб стропил был выявлен после монтажа кровли, можно использовать дополнительные элементы (подкосы) для придания жесткости конструкции. Если длина стропильной ноги односкатной, щипцовой или вальмовой крыши превышает 4,5 метра, без установки подкосов прогиб может образоваться независимо от сечения деревянных стропильных ног . Это следует учитывать, выполняя расчет длины стропил.

Основные принципы расчета базируются на том, что выбор толщины бруса зависит от суммарной нагрузки на крышу. Увеличение толщины стропила ведет к повышению прочности крыши, позволяет исключить прогиб, но при этом существенно возрастает суммарный вес стропильной системы, то есть, повышаются нагрузки на строительные конструкции и фундамент. Стропила на жилых домах устанавливают с шагом 60 – 100 см, конкретная величина зависит от :

• расчетной нагрузки;
• сечения стропил;
• характеристик кровельного материала;
• угла наклона скатов;
• ширины теплоизоляционного материала.

Расчет количества стропильных ног напрямую связан с шагом их установки. Изначально подбирается подходящий шаг монтажа, затем длину стены следует разделить на данное значение, прибавить к результату единицу и округлить число. Поделив длину стены на полученный результат, можно получить искомый промежуток между стропилами.

При определении количества стропил на одном скате важно помнить, что учитывается расстояние между осями стропильных ног.

Стропильные конструкции из металла

В частном домостроении использование металлических стропильных систем встречается реже, так как каркас из металла требуется монтировать при помощи сварки – это ведет к увеличению сложности и объема работ. Можно заказать изготовление конструкции на производстве, но ее монтаж потребует применения спецтехники. Проектирование каркаса крыши из металла требует точного расчета и соблюдения размеров всех элементов, поскольку отсутствует возможность подогнать деталь непосредственно при монтаже .

К прочности металлических стропильных систем нет претензий: использование металлопрофиля позволяет исключить прогиб стропил даже при перекрытии больших пролетов без установки дополнительных элементов для прочности и жесткости. Стропила из металла могут перекрывать пролеты более 10 метров, не образуя прогиб под расчетными нагрузками .

Выполняя расчет стропильной системы из металла, следует учитывать вес материала, нагрузки на строительные конструкции и фундамент. Параметры прочности металлических стропил и их высокое сопротивление нагрузкам на прогиб позволяет значительно сократить количество данных элементов по сравнению с деревянной конструкцией.

Расчет металлического каркаса крыши следует вести, базируясь на справочных значениях прочности элементов (швеллеров, уголков, балок и т.д.) в зависимости от их формы и толщины. Следует учитывать размеры пролетов и угол наклона скатов.

Опорная конструкция для стропильной системы из металла (мауэрлат) должен представлять собой металлическую балку, надежно закрепленную на верхнем крае стены.

Расчет стропил: длины, нагрузки, сечения и количества стропил на крышу

Как рассчитать нагрузки на стропильную конструкцию

Городские жители часто имеют желание жить в своем доме. Если вы решили этот дом построить, при подготовке его технического проекта не забудьте предварительно произвести расчет стропил, который определяет параметры всех несущих конструкций. Благодаря предварительному расчету вы избежите ошибок в конструкции и после постройки сможете спокойно жить в своем доме, не беспокоясь о его целостности.

Стропильная система крыши - это важнейший и самый важный элемент конструкции крыши, который обеспечивает ее устойчивость и прочность.

На основе каких факторов нужно производить расчет

Чтобы расчет стропильной системы производился правильно, нужно определить интенсивность нагрузок на крышу. Такие нагрузки делятся на несколько типов:

Конструкция стропильной системы. Для того, чтобы каркас был прочным деревянные стропильные ноги прочно опираются на наружные стены через - мауэрлат (продольный брус).

1. Постоянного характера. Это нагрузка, которая постоянно будет воздействовать на стропильную систему, к ней относится собственный вес кровли, обрешетки, гидроизоляции и пароизоляции, утеплителя и других элементов, которые образуют неизменную величину со стабильным фиксированным весом.
2. Переменные. Это нагрузки, определяющиеся климатическими факторами: ветром и его интенсивностью, количеством снега и других осадков. Они воздействуют на стропильный брус только временами.
3. Особые. В этом виде нагрузок учитывают экстремальные проявления климатических факторов или их повышенную интенсивность. Этот вид нагрузок обязательно нужно учитывать на территориях, где вероятны сейсмическая активность, ураганы или штормовой ветер.

Учесть все эти факторы одновременно, особенно если вы делаете это в первый раз, достаточно тяжело. Ведь нужно не только учесть нагрузки, но также вес и прочность, которые имеет стропильный брус, способ крепления досок между собой, другие величины. Многие думают, что эту работу может облегчить программа расчета стропил, однако это не совсем так. Подобные программы оперируют уже высчитанными данными по нагрузкам, которые придется выдержать стропильной системе. Поэтому, проведя самостоятельный расчет, вы прочувствуете все конструктивные особенности крыши, которую будете возводить.

Расчет постоянных нагрузок

Схемы нормативных снеговых нагрузок. Если уклон крыши больше 60 градусов, снеговая нагрузка в расчет стропильной системы не принимается.

Прежде чем определить, какой будет длина стропил, нужно понять, на что ориентироваться. Поэтому правильно начинать с простого, то есть с определения веса самой конструкции кровли. Для этого вы должны просчитать, каким будет вес одного кв. м каждого слоя. Сначала нужно изучить технические характеристики материала, который должен быть, обычно там указывается необходимая величина. После того как все данные получены, складываете все величины между собой и увеличиваете результат на 10 %, тем самым задавая запас прочности стропильной системе. Лучше подбирать материалы так, чтобы на один кв. м площади крыши не приходилось более 50 кг веса.

Расчет снеговой нагрузки

Чтобы предпринять дальнейший расчет стропил, следует перейти к просчетам переменных нагрузок, а конкретно – снеговой, так как многие местности испытывают длительное влияние снежных зим. И тяжесть снега, воздействующего на крышу, не должна сломать брус, использованный в качестве стропильной ноги.

Рассчитывается этот вид нагрузки по формуле: вес снега на 1 кв.м × корректирующий коэффициент = полная снеговая нагрузка. Первая величина является усредненным значением и меняется в зависимости от регионального расположения дома. Корректирующий коэффициент необходимо взять из СНиП 2.01.07-85. Этот результат стоит тоже увеличить на 10 %, тем самым создав запас прочности.

Расчет ветровой нагрузки

Схема ветровых нагрузок. Они зависят от района, где стоит дом.

Данный показатель очень важен для наклонных конструкций, которыми являются скаты крыши. При малых углах наклона возникает опасность разрушения кровли, а при больших – очень велико давление ветра по всей поверхности ската, так что высоту кровли нужно продумывать как можно тщательнее. Формула расчета выглядит так: показатель региона × коэффициент = ветровая нагрузка. Для определения показателя региона существует таблица значений, коэффициент изменяется в зависимости от высоты дома и местности вокруг (лес, степь, высотные дома). Узнать точные значения этих двух величин можно в том же СНиПе, так как они должны быть подходящими для вашего проекта.

Принцип расчета

Расчет нагрузок на стропильные системы. Расчет стропильной конструкции и расположение элементов осуществляется путем разработки планов, схем кровли.

Задавшись целью правильно посчитать длину стропильной ноги, осознайте, что почти вся крыша – это система треугольников, независимо от конфигурации ферм. Поэтому определить длину досок, необходимых для конструкции, не составит особого труда. Какого сечения выбрать брус или количество ног – другое дело. Ориентиром для правильности этих расчетов может стать таблица стандартов, где можно увидеть соответствие между длиной, сечением и шагом установки ног.

Например, сечение стропил для скатной крыши может варьироваться от 40*150 мм до 100*250 мм. Чем реже шаг установки, тем больше длина стропильной ноги, значит, суммарная нагрузка на нее возрастает, как следствие – сечение стропил должно быть больше. Значение в этих расчетах имеет все: из какого дерева брус вы используете, как была просушена древесина, где находится строение, каким нагрузкам будет подвергаться . Не пренебрегайте никакими факторами. Подробный пример расчета стропил можно найти в СНиПах по проектированию строений.

Какому алгоритму действий следовать

Таблица весов кровельных материалов. Значение нагрузок на стропильные системы может существенно изменяться в зависимости от выбранного кровельного покрытия.

Расчет стропил: нагрузки, которые нужно учитывать

Калькулятор расчета нагрузки на стропила для определения оптимального сечения

Для изготовления стропильных ног применяется качественный пиломатериал определенного сечения. Его прочностных характеристик должно быть гарантированно достаточно для того, чтобы конструкция крыши могла противостоять всем выпадающим на нее нагрузкам.

Калькулятор расчета нагрузки на стропила для определения их оптимального сечения

Чтобы определиться с этим параметром, придется провести некоторые вычисления. Посильную помощь сможет оказать калькулятор расчета нагрузки на стропила для определения оптимального сечения пиломатериала для их изготовления.

Необходимые пояснения по проведению расчетов будут приведены ниже.

Алгоритм проведения расчета сечения стропильных ног

Работа будет строиться в два этапа. Вначале с помощью калькулятора будет определена распределенная нагрузка на 1 погонный метр стропильной ноги. Затем, по приложенной таблице, можно будет подобрать оптимальный размер бруса для изготовления стропила.

Шаг первый – расчет распределенной нагрузки на стропильные ноги

Калькулятор расчёта запросит следующие значения:

• Угол уклона ската. Эта величина напрямую связана с уровнями внешних нагрузок на кровлю – снеговую и ветровую.

С крутизной ската и, соответственно, с высотой конька (конькового узла) поможет разобраться специальный калькулятор, к которому ведет ссылка.

• Тип планируемого кровельного покрытия. Естественно, что различные покрытия имеют собственную массу, которая предопределяет статическую нагрузку на стропильную систему. В калькуляторе уже учтены не только весовые характеристики различных покрытий, но и материалы обрешетки и утепления кровли.
• Необходимо указать зону своего региона по уровню возможной снеговой нагрузки. Ее несложно определить по расположенной ниже карте-схеме:

Карта-схема для определения своей зоны по уровню снеговой нагрузки

• Аналогичным образом определяется и зона по уровню ветрового давления – для этого существует своя карта-схема.

Карта-схема для определения зоны по степени ветрового воздействия на кровлю

• Необходимо учесть особенности расположения здания на местности. Для этого нужно оценить его «окружение» и выбрать одну из трех предлагаемых зон, «А», «Б» или «В».

При этом есть нюанс. Все естественные или искусственные преграды для ветра могут приниматься в расчет только в том случае, если они расположены на расстоянии от дома, не превышающем величины 30×Н , где Н – это высота здания по коньку. Например, для здания высотой 7 метров получается круг с радиусом 210 метров. Если преграды расположены дальше, то это будет считаться открытой местностью.

• Наконец, потребуется внести высоту дома в метрах (по коньку).
• Последнее окно калькулятора – шаг установки стропильных ног. Чем чащи они устанавливаются – тем меньше будет распределенная нагрузка, выпадающая на каждую из них, но при этом, естественно, увеличивается их количество. Можно «поиграть» значением шага, чтобы проследить динамику изменения распределенной нагрузки – так появится возможность выбрать оптимальное значение для дальнейшего определения сечения стропил.

Шаг второй – определение сечения стропильной ноги

Итак, имеется значение распределённой нагрузки, выпадающей на погонный метр стропильной ноги. Наверняка, заранее была рассчитана и длина стропила (если нет, то рекомендуется перейти к соответствующему калькулятору). С этими данными уже можно войти в таблицу для определения сечения бруса.

Есть еще один нюанс. Если стропила получаются слишком длинными, то для повышения их жесткости часто предусматриваются дополнительные усиливающие элементы системы – стойки (бабки) или подкосы. Они позволяют уменьшить расстояние «свободного пролета», то есть между соседними точками опоры. Именно это значение и будет необходимо для вхождения в таблицу.

На иллюстрации стрелками показан пример определения сечения стропила для распределенной нагрузки в 75 кг/погонный метр и с расстоянием между точками опоры в 5 метров. В левой части таблицы можно взять любое из предлагаемых значений, которое покажется удобнее: доски или брусья с минимальными сечениями: 40×200; 50×190; 60×180; 70×170; 80×160; 90×150; 100×140. Кроме того, можно использовать и бревно с диаметром 140 мм.

Стропила – основные несущие элементы конструкции крыши

От их качества и правильности расчета зависят долговечность и надежность всей кровельной конструкции в целом.

Калькулятор расчета нагрузки на стропила для определения оптимального сечения - с необходимыми пояснениями

Калькулятор расчета нагрузки на стропила для определения оптимального сечения при проектировании

При установке стропильных балок используются пиломатериалы подходящих размеров, способные выдержать прилагаемые нагрузки на крышу. Сечение элементов должно определяться с учетом всех факторов, влияющих на эксплуатационные характеристики конструкции. При использовании нашего калькулятора можно сделать процесс расчетов гораздо проще.

Толщина и ширина стропил соответствует предполагаемой нагрузке

Ознакомление с алгоритмом вычисления

Всю работу можно разделить на две основные стадии. На первой из них с применением представленной программы рассчитывается нагрузка на один погонный метр. Далее с помощью специальной таблицы определяется приемлемое сечение бруса, применяемого в качестве стропильной ноги.

Стадия №1: получение результата в виде распределенной нагрузки

В поля калькулятора требуется ввести определенные параметры.

Вспомогательная карта для определения нагрузки, создаваемой снежным покровом

• Угол крутизны ската указывается в первую очередь, чтобы понять, какую нагрузку будут оказывать внешние факторы в виде снега и ветра. Оптимальный уклон в обязательном порядке подбирается с учетом применяемого покрытия для кровли и других характеристик.
• Необходимо указать вид кровельного материала, ведь масса покрытий может существенно колебаться. Таким образом, удается узнать статическую нагрузку, которая будет оказываться на стропильные ноги. Представленная программа уже содержит весовые показатели разных материалов, причем не только кровельных.
• В специальном поле следует выбрать и зону региона, соответствующего определенной снеговой нагрузке. Для ее определения применяется специальная карта.
• Точно так же узнается и вводится показатель давления, оказываемого ветром. Для этого используется соответствующая карта.
• Особенности расположения строения должны тоже учитываться. Предлагается оценить и отметить один из вариантов. Здание может находиться на открытой местности, в лесистых участках или в плотной городской черте. При выборе пункта нужно брать в расчет наиболее приемлемый вариант. Все искусственные и природные преграды для ветра должны рассматриваться, если они находятся на определенном расстоянии. Чтобы определить, в какой зоне располагается строение, следует 30 метров умножить на его высоту (от земли до конька). Полученный результат будет являться радиусом для проведения окружности. Если основные препятствия находятся вне круга, то здание стоит в открытой местности.
• Высота строения в метрах должна быть указана в специальном поле исходных данных. Необходимо отразить расстояние до самой высшей точки, которой обычно является конек.
• Завершающий пункт – шаг установки стропил. При частой установке распределенная нагрузка падает. При необходимости можно изменять расстояние между ними, чтобы посмотреть на значение усилия, передаваемого на каждый погонный метр элемента.

Представлена специальная карта для определения нагрузки, создаваемой ветром

Стадия №2: определение сечения применяемых балок для стропильной системы

Когда распределенная нагрузка, воздействующая на каждый метр балки, получена, можно по таблице узнать подходящие размеры для каждого конкретного случая. Также должна быть определена длина стропильной ноги. Имея такие данные, можно обратиться к таблице, помогающей подобрать сечение.

Нужно учитывать еще один момент. Если балки являются сравнительно длинными, то для улучшения прочностных качеств используются специальные элементы вроде стоек или подкосов. Они дают возможность сократить расстояние пролета непосредственно между опорными точками.

Предлагается воспользоваться таблицей для определения сечения стропил

Если нагрузка, распределенная между стропилами, составляет 75 кг на метр длины, а шаг между местами опор равен 5 метрам, то после изучения таблицы можно понять, что для проведения работ подойдут определенные сечения.

Немного о выборе пиломатериалов

Если предполагается возводить жилое строение, то для стропил можно применять сосновую древесину. Для бань, где горячий воздух поднимается вверх, можно приобрести пиломатериалы из лиственницы или других влагостойких пород. На поверхности балок не должно быть каких-либо трещин или слишком больших сучков.

Влажность используемых пиломатериалов должна быть в пределах 18-22 процентов, в противном случае возможны деформационные изменения в системе, что обязательно скажется на долговечности конструкции. Кроме того, плохо просушенные балки быстро подвергаются гниению. Сырые элементы создают сложности при установке. Их поднимать на высоту гораздо сложнее, чем сухие, так как существенную долю веса составляет вода.

Калькулятор расчета нагрузки на стропила для определения оптимального сечения с пояснениями

Вы сами собираетесь проектировать и строить дом? Тогда Вам без процедуры сбора нагрузок на кровлю (или другими словами, на несущие конструкции крыши) не обойтись. Ведь только зная нагрузки, которые будут действовать на кровлю, можно определить минимальную толщину железобетонной плиты покрытия, рассчитать шаг и сечение деревянных или металлических стропил , а также обрешетки .

Данное мероприятие регламентируется СНиПом 2.01.07-85* (СП 20.13330.2011) "Актуализированная редакция" .

Сбор нагрузок на кровлю производится в следующем порядке:

1. Определение собственного веса конструкций крыши.

Сюда, например, для деревянной крыши входят вес покрытия (металлочерепица, профнастил, ондулин и т.д.), вес обрешетки и стропил, а также масса теплоизоляционного материала, если предусматривается теплый чердак или мансарда.

Для того, чтобы определить вес материалов нужно знать их плотность, которую можно найти .

2. Определение снеговой (временной) нагрузки.

Россия находится в таких широтах, где зимой неизбежно выпадает снег. И этот снег необходимо учитывать при конструировании крыши, если, конечно, Вы не хотите лепить снеговиков у себя в гостиной и спать на свежем воздухе.

Нормативное значение снеговой нагрузки можно определить по формуле 10.1 :

S 0 = 0,7с в с t μS g ,

где: с в - понижающий коэффициент, который учитывает снос снега с крыши под действием ветра или других факторов; принимается он в соответствии с пунктами 10.5-10.9. В частном строительстве он обычно равен 1, так как уклон крыши дома там чаще всего составляет более 20%. (Например, если проекция крыши составляет 5м, а ее высота - 3м, уклон будет равен 3/5*100=60%. В том случае, если у вас, например, над гаражом или крыльцом предусматривается односкатная крыша с уклоном от 12 до 20%, то с в =0,85.

с t - термический коэффициент, учитывающий возможность таяния снега от избыточного тепла, которое выделяется через не утепленную кровлю. Принимается он в соответствии с пунктом 10.10 . В частном строительстве он равен 1, так как практически не найдется человека, который на не утепленном чердаке поставит батареи.

μ - коэффициент, принимаемый в соответствии с пунктом 10.4 и приложением Г в зависимости от вида и угла наклона кровли. Он позволяет перейти от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Например, для следующих углов наклона односкатной и двускатной кровли коэффициент μ имеет значения:

- α≤30° → μ=1;

- α≤45° → μ=0,5;

- α≤60° → μ=0.

Остальные значения определяются по методу интерполяции.

Примечание: коэффициент μ может иметь значение меньше 1 только в том случае, если на крыше нет конструкций, задерживающих снег.

S g - вес снега на 1 м2 горизонтальной поверхности; принимается в зависимости от снегового района РФ (приложение Ж и данным таблицы 10.1 ). Например, город Нижний Новгород находится в IV снеговом районе, а, следовательно, S g = 240 кг/м2.

3. Определение ветровой нагрузки.

Расчет нормативного значения ветровой нагрузки производится в соответствии с разделом 11.1 . Теорию здесь расписывать не буду, так как весь процесс описан в СНиПе.

Примечание: Ниже Вы найдете 2 примера, где подробно расписана данная процедура.

4. Определение эксплуатационной (временной) нагрузки.

В том случае, если Вы захотите использовать крышу как место для отдыха, то Вам необходимо будет учесть нагрузку равную 150 кг/м2 (в соответствии с таблицей 8.3 и строкой 9 ).

Данная нагрузка учитывается без снеговой, т.е. в расчете считается либо та, либо другая. Поэтому с точки зрения экономии времени в расчете целесообразно использовать большую (чаще всего это снеговая).

5. Переход от нормативной к расчетной нагрузке.

Этот переход осуществляется с помощь коэффициентов надежности. Для снеговой и ветровой нагрузок он равен 1,4. Поэтому для того, чтобы перейти, например, от нормативной снеговой нагрузки к расчетной необходимо S 0 умножить на 1,4.

Что касается нагрузок от собственного веса конструкций крыши и ее покрытия, то здесь коэффициент надежности принимается по таблице 7.1 и пункту 8.2.2 .

Так, в соответствии с данным пунктом коэффициент надежности для временно распределенных нагрузок принимается:

1,3 - при нормативной нагрузке менее 200 кг/м2;

1,2 - при нормативной нагрузке 200 кг/м2 и более.

6. Суммирование.

Последним этапом производится складывание всех нормативных и расчетных значений по всем нагрузкам с целью получения общих, которые будут использоваться в расчетах.

Примечание: если Вы предполагаете, что по заснеженной кровле будет кто-то лазить, то к перечисленным нагрузкам для надежности Вы можете добавить временную нагрузку от человека. Например, она может равняться 70 кг/м2.

Для того, чтобы узнать нагрузку на стропила или необходимо преобразовать кг/м2 в кг/м. Это производится путем умножения расчетного значения нормативной или расчетной нагрузки на полупролет с каждой стороны. Аналогично собирается нагрузка на доски обрешетки.

Например, стропила лежат с шагом 500 мм, а обрешетины - с шагом 300 мм. Общая расчетная нагрузка на кровлю составляет 200 кг/м2. Тогда нагрузка на стропила будет равна 200*(0,25+0,25) = 100 кг/м, а на доски обрешетки - 200*(0,15+0,15) = 60 кг/м (см. рисунок).

Теперь для наглядности рассмотрим два примера сбора нагрузок на кровлю.

Пример 1. Сбор нагрузок на односкатную монолитную железобетонную кровлю.

Исходные данные.

Район строительства - г. Нижний Новгород.

Конструкция крыши - односкатная.

Угол наклона кровли - 3,43° или 6% (0,3 м - высота крыши; 5 м - длина ската).

Размеры дома - 10х9 м.

Высота дома - 8 м.

Тип местности - коттеджный поселок.

Состав кровли:

1. Монолитная железобетонная плита - 100 мм.

2. Цементно-песчаная стяжка - 30 мм.

3. Пароизоляция.

4. Утеплитель - 100 мм.

5. Нижний слой гидроизоляционного ковра.

6. Верхний слой наплавляемого гидроизоляционного ковра.

Сбор нагрузок.

S 0 = 0,7с t с в μS g = 0,7·1·1·1·240 = 168 кг/м2.

где: с t = 1, так как кровля у нас утепленная, а, следовательно, через нее не выделяется такого количества тепла, которое могло бы приводить к таянию снега на крыше; термический коэффициент принимается в соответствии с п.10.10 .

с в = 1; коэффициент сноса снега принимается по п.10.9 .

μ = 1, так как кровля односкатная с уклоном менее 30º; принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г ,

Sg = 240 кг/м2; принимается в соответствии с п.10.2 и таблицей 10.1 , так как Нижний Новгород относится к IV снеговому району.

W = W m + W p = 13,6 кг/м2.

W m = W 0 k(z в)с = 23·0,59·1 = 13,6 кг/м2.

где: W 0 = 23 кг/м2, так как г. Нижний Новгород относится к I ветровому району; нормативное значение ветрового давления принимается в соответствии с пунктом 11.1.4, таблицей 11.1 и приложением Ж

k(z в) = k 10 (z в /10) 2α = 0,59, так как выполняется условие пункта 11.1.5 h≤d → z в =h=8 м и тип местности строительства В; коэффициенты принимаются в соответствии с п.11.1.6 таблицей 11,3, также коэффициент k(z в) можно определить методом интерполяции по таблице 11.2 .

с = 1, так как рассчитываемая крыша обладает небольшой площадью и расположена под углом к горизонту, данным коэффициентом пренебрегаем; принимается в соответствии с пунктом 11.1.7 и приложение Д .

Пример 2. Сбор нагрузок на двухскатную деревянную кровлю (сбор нагрузок на стропила и обрешетку).

Исходные данные.

Район строительства - г. Екатеринбург.

Конструкция крыши - двухскатная стропильная с обрешеткой под металлочерепицу.

Угол наклона кровли - 45° или 100% (5 м - высота крыши, 5 м - длина проекции одного ската).

Размеры дома - 8х6 м.

Ширина крыши - 11 м.

Высота дома - 10 м.

Тип местности - поле.

Шаг стропил - 600 мм.

Шаг обрешетки - 200 мм.

Конструкций, задерживающих снег на крыше, не предусмотрено.

Состав кровли:

1. Обшивка из досок (сосна) - 12х100 мм.

2. Пароизоляция.

3. Стропила (сосна) - 50х150 мм.

4. Утеплитель (минплита) - 150 мм.

5. Гидроизоляция.

6. Обрешетка (сосна) - 25х100 мм

7. Металлочерепица - 0,5 мм.

Сбор нагрузок.

Определим нагрузки, действующие на 1 м2 грузовой площади (кг/м2) кровли.

Вес стропил:

М ст = 1·0,05·0,15·520 = 3,9 кг - вес стропил, приходящийся на 1 м2 площади кровли, так как в связи с шагом 600 мм попадает только одна стропилина.

Вес обрешетки:

М ст = 1·0,025·0,1·520·1/0,2 = 6,5 кг - вес обрешетки, приходящийся на 1 м2 площади кровли, так как шаг обрешетки составляет 200 мм (попадает 5 досок).

Определение нормативной нагрузки от снега:

S 0 = 0,7с t с в μS g = 0,7·1·1·0,625·180 = 78,75 кг/м2.

где: с t = 1; так как через кровлю выделения тепла не производится п.10.10 .

с в = 1; п.10.9 .

μ = 1,25·0,5 = 0,625, так как кровля двухскатная с углом наклона к горизонту от 30º до 60º (2 вариант); принимается в соответствии со схемой Г1 приложения Г ,

Sg = 180 кг/м2; так как Екатеринбург относится к III снеговому району (п.10.2 и таблица 10.1 ).

Определение нормативной нагрузки от ветра:

W = W m + W p = 14,95 кг/м2.

где: W p = 0, так как здание небольшой высоты.

W m = W 0 k(z в)с = 23·0,65·1 = 14,95 кг/м2.

где: W 0 = 23 кг/м2, так как г. Екатеринбург относится к I ветровому району; по п.11.1.4, таблицы 11.1 и приложении Ж .

k(z в) = 0,65, так как выполняется условие пункта 11.1.5 h≤d (h = 10 м - высота дома, d = 11 м - ширина крыши) → z в =h=10 м и тип местности строительства А (открытая местность); коэффициент принят по таблице 11.2 .

Определение нормативной и расчетной нагрузки на одну стропилину:

q норм = 112,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 67,44 кг/м.

q расч = 152,4 кг/м2 · (0,3 м + 0,3 м) = 91,44 кг/м.

Определение нормативной и расчетной нагрузки на одну доску обрешетки:

q норм = 112,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 22,48 кг/м.

q расч = 152,4 кг/м2 · (0,1 м + 0,1 м) = 30,48 кг/м.

При расчете фундамента

Прежде всего, снеговую нагрузку учитывают при расчете максимального веса всего дома. А масса дома, в свою очередь, необходима для того чтобы правильно рассчитать фундамент под дом.

Естественно, что снеговая нагрузка не на прямую воздействует на фундамент, а передается через стены дома, но не учитывать ее, при расчете фундамента, особенно на слабых грунтах – нельзя.

При расчете самой кровли

На кровлю снеговая нагрузка воздействует самым непосредственным образом, причем, если на фундамент она распределяется более или менее ровно, то угадать, где на крыше будет снега больше, а где меньше – сложно, так как это зависит от направления ветра, уклона скатов и многих других факторов.

Поэтому при расчете кровли, снеговая нагрузка должна учитываться как основное воздействие.

Как правильно рассчитать снеговую нагрузку на кровлю

Для полноценного расчета нам необходимо будет рассчитать площадь крыши частного дома. Как это делается – я рассказывал подробно в предыдущих статьях, поэтому останавливаться на этом не будем.

Итак, формула для расчета снеговой нагрузки Q на кровлю выглядит следующим образом:

Q = G * s , где

G – вес снежного покрытия на плоской кровле, который берется из таблицы (кг/м2)
s – поправочный коэффициент, зависящий от уклона кровли

Поправочный коэффициент s, как уже говорилось, зависит от уклона кровли:

• уклон менее 25 градусов – s принимается равным 1
• уклон 25 – 60 градусов – s будет равным 0,7
• уклон более 60 градусов – снеговая нагрузка вообще не учитывается, так как снег на такой кровле задерживаться практически не будет

А что же делать с G?

Вес снежного покрытия на плоской кровле можно найти с помощью таблицы и карты зоны снежного покрова на территории России:

Как видно из таблицы, масса снега на кровле, особенно в заснеженных районах России, может превышать вес самой кровли, поэтому не учитывать снежную нагрузку в зимний период нельзя не учитывать.

Реальный пример расчета снеговой нагрузки на кровлю

Давайте рассчитаем снеговую нагрузку на примере моего дома. Определим максимальный вес снега на 1 метр квадратный, а так же подсчитаем полную массу снега на кровле зимой, для расчета нагрузки на фундамент.

Итак, мой дом находится в районе РФ №3, поэтому Q возьмем равной 180 кг/м 2 .

Уклон кровли дома равен около 40 градусов, поэтому необходимо 180*0,7 = 126 кг/м 2 .

Таким образом максимально возможная снеговая нагрузка на кровлю моего дома равна 126 кг/м 2 .

Для расчета фундамента нам понадобится вся масса снега на кровле, а для этого необходимо сначала рассчитать площадь крыши дома. В моем случае, площадь кровли равна примерно 150 квадратных метров.

M = 126 * 150 = 18 900 кг

Таким образом, снег добавляет к общей массе дома еще 19 тонн. И как такую массу не учитывать?

ВНИМАНИЕ! При расчетах в строительстве всегда необходимо брать запас по прочности, поэтому полученные величины желательно еще умножать на 1,2.

Снег приятная радость для многих, а порой для них же огромное бедствие, особенно когда его много. В определение веса важно понимать по его расчетам в первую очередь для строителей, да бы не обрушивались кровли.

В некоторых странах снег является отличным строительным материалам, например при возведение Иглу у эскимосов, а на праздники для строительства оригинальных скульптур.

Формирование снега как природного явления

Снег – природное явление, образующееся из-за кристаллизации маленьких капелек воды в атмосфере и впадающее на землю в виде осадков. Формирование снега осуществляется в атмосфере, когда микроскопические частички воды начинают группироваться вокруг таких же размеров частичек пыли и кристаллизироваться. Изначально размер образующихся ледяных кристаллов не превышает 0,1 мм. Но в процессе падения к земной поверхности, в зависимости от температуры внешней среды, они начинают «обрастать» другими водяными замерзшими кристаллами и пропорционально увеличиваться.

Узорная форма снежинок образуется из-за определённой структуры молекул воды. Обычно это шестиконечные узорчатые фигуры, с возможным углом между гранями либо 60, либо 120 градусов. При этом основной «центральный» кристалл образует форму шестиугольника с правильными гранями. А присоединившиеся в процессе падения кристаллические лучи могут придавать снежинке самой разнообразной формы. Учитывая, что в процессе падения снежинки подвергаются воздействию ветра, перепадов температур, могут повторно наращивать количество кристаллов, в конечном итоге они набирают не только плоской, но и объемной формы. С виду это может показаться нагромождением замерзших капелек воды, но если присмотреться внимательно, то в изначальной структуре все такие присоединения будут иметь правильные углы.

Как правило, цвет снега белый. Это связано с наличием в его внутренней структуре воздуха. Фактически снег на 95% состоит из воздуха. Именно это и обусловливает «легкость» снежинок, а также плавное приземление на твердые поверхности. В дальнейшем, когда свет проходит через кристаллизованную воду с учетом воздушных прослоек и начинает рассеиваться, снежинка приобретает видимый белый цвет. Но это классический вариант. Если же в атмосфере будут находиться другие элементы, в том числе и крошечные частички пыли, гари, загрязненного производственными выбросами воздушными смесями – снег может приобретать и другие оттенки.

Обычно снежинки имеют размеры, не превышающие 5 мм в диаметре. Но в истории известны случаи образования снежинок «гигантов», когда размеры каждого «экземпляра достигали в диаметре до 30 см. В то же время, учитывая множество факторов, влияющий на процесс формирования этих природных творений, считается, что найти две одинаковые снежинки просто невозможно. И даже если визуально вам кажется, что они полностью похожи, присмотревшись к ним под микроскопом вы поймете, что это далеко не так. Вариаций их возможных форм сегодня неограниченное количество.

Сколько весит 1 куб снега – зависимости от зависимостей

• От температуры окружающей среды
• От времени с момента осадков
• От дополнительных осадков в виде дождя
• От плотности слеживания

Отличной вам погоды в доме!