Программы для проектирования и расчета стропильных систем
Как видно из вышесказанного, произвести расчет довольно сложно. Нужно обладать достаточным запасом теоретических знаний, обладать навыками рисования и черчения. Естественно, что далеко не каждый человек обладает такими профессиональными навыками.
К счастью, сегодня задача проектирования значительно облегчена, поскольку имеются очень удобные компьютерные программы позволяющие разрабатывать проекты различных строительных элементов.
Конечно, некоторые программы рассчитаны на профессионалов (например, Автокад, 3D Max и пр.). Неопытному человеку достаточно сложно разобраться с этим софтом.
Но существуют и более простые варианты. Например, в программе Аркон очень просто можно создавать разнообразные эскизные проекты, чтобы наглядно посмотреть, как будет выглядеть та или иная крыша.
Есть там и удобный калькулятор для расчета стропил, который позволяет эффективно и быстро произвести расчеты. Программа Аркон прекрасно подходит для профессионалов, но может быть использована и частными пользователями.
В сети можно найти и калькулятор расчета стропил, работающий в режиме онлайн. Однако произведенные на нем расчеты – это исключительно рекомендательные величины и не могут заменить разработки полноценного проекта.
Какой тип крыши
Как рассчитать длину стропил? Этот вопрос заинтересует всех, кто самостоятельно строит дом. Но чтобы ответить на него, стоит вначале выяснить множество других параметров. В первую очередь стоит определиться с типом крыши, ведь именно от этого и будет зависеть длина ската и стропил. Самым распространенным вариантом считается двухскатная конструкция. Но и тут есть несколько вариантов, а именно:
Симметричная – это самый распространенный тип двухскатной крыши. Ее популярность обуславливается простотой конструкцией и несложным расчетом всех необходимых параметров. Еще один плюс – это равномерное распределение нагрузок на стропильную систему. Но есть и недостатки. Не очень рациональное использование площадей
Это особенно важно, если вы соберетесь сделать на чердаке жилую комнату. Большое количество острых углов создает множество «глухих» зон, рационально использовать которые невозможно.
Асимметричная
В этом случае скаты расположены под разными углами. В результате увеличивается рациональная площадь. Но и тут не обошлось без недостатков. Такая двускатная крыша требует более сложных вычислений. Если расчет стропильной системы сделать с ошибкой, то конструкция может не выдержать нагрузок, которые распределяются не равномерно.
Ломаная – это наиболее эффективная конструкция, если вы хотите сделать мансардный этаж. В этом случае стропильные ноги будут «переламываться» на определенном расстоянии от конька. В результате под крышей получится больше свободного пространства, и вся площадь будет использоваться более рационально. В этом случае рассчитать параметры стропил, в том числе и их длину, будет еще сложнее.
Можно рассмотреть и еще более сложные конструкции, например многоуровневые. Такие крыши будут выглядеть очень привлекательно. Но вот сделать расчет, а особенно возвести стропильную систему, в этом случае без помощи профессионалов будет практически невозможно. Поэтому в большинстве случаев ограничиваются тремя, вышеперечисленными вариантами двускатной крыши.
Расчет нагрузок на стропильную систему
Прежде, чем приступать к данному разделу расчетов, нужно рассмотреть всевозможные нагрузки на стропила. Стропильная система бывает разных видов, что так же влияет на нагрузку. Виды нагрузок:
Виды нагрузки:
- Постоянный.Этот вид нагрузки ощутим стропилами постоянно, его оказывает конструкция кровли, материал, обрешетка, утеплительный материал, пленки и другие мелкие элементы системы. Средняя величина такого параметра равна 40-45 кг/м2.Переменный.Этот вид нагрузки зависит от климата и зоны расположения строения, поскольку его составляют осадки в данном регионе.Особый.Этот параметр актуален в том случае, если место расположения дома – это сейсмически активная зона. Но в большей части случаев хватает добавочной прочности.
Важно: лучше всего при расчете прочности сделать запас,для этого к полученной величине прибавляется 10%
Также стоит взять во внимание рекомендацию о том, что 1 м2 не должен брать на себя вес, больше 50 кг
Очень важно учесть и нагрузку, оказываемую ветром.Показатели этой величины можно взять из СНиПа в разделе «Нагрузки и воздействия». Чтобы рассчитать нагрузку, производимую снегом, нужно:
Чтобы рассчитать нагрузку, производимую снегом, нужно:
Узнать параметр веса снега.
Варьирует в основном такой показатель от 80 до 320 кг/м2.;Умножить на коэффициент, который необходим для учета ветрового давления и аэродинамических свойств. Данная величина указана в таблице СНиП и применяется индивидуально. Источник СНиП 2.01.07-85.
Ветровая нагрузка
Укладка кровельного покрытия
Кровельное покрытие должно быть плотным. Лучше всего подходят водостойкие материалы, которые не боятся воды. Если оно изготавливается из дерева, требуется дополнительная обработка лакированными составами.
Для шатровых крыш наиболее часто используют:
- Профнастил. Металлический профилированный лист. Сверху покрывается слоем плотного полимера, который не дает стали ржаветь и повреждаться. Средний срок эксплуатации– 50 лет. Для крепления используется специальный кровельный саморез с резиновой шляпкой.
- Листовая медь. Тонкий лист меди голый или оксидированный. Не склонен к гниению и ржавчине. Как и профильный настил требует дополнительной звукоизоляции, так как при дожде сильно слышны удары капель.
- Металлочерепица. Кровля, схожая по качествам с профильным настилом. Лист стали покрыт слоем полимера. Позволяет гибко огибать фигурную крышу. Подойдет для крыши с кукушкой.
- Черепица. Керамика хорошо подходит для создания красивой, аутентичной крыши. Для установки можно сделать предварительное покрытие древесными плитами, как ОСБ или фанера.
При изготовлении крыши для беседки своими руками подойдет натуральное дерево, покрытое водостойким лаком.
Подробные фото схемы и чертежи представлены ниже.
Как рассчитать длину стропильных ног односкатной крыши
Из всех типов крыш односкатная является самой простой.
Сложные элементы в ней отсутствуют вовсе.
И установка ее производится на несущие стены, которые имеют разную высоту.
Такую кровлю устраивают на гаражах, банях, подсобных помещениях.
Чтобы вычислить, какова будет длина стропил односкатной крыши, следует определиться с углом наклона.
А зависит угол наклона ската, в первую очередь, от типа того кровельного материала, который вы хотите использовать.
В том случае, когда это профнастил, то оптимальный угол наклона составляет 20 градусов.
Но меньше 8 градусов угол делать запрещено!
Иначе в холодное время года под весом снежного покрова кровля не выдержит и попросту провалится.
Если вы будете укладывать металлочерепицу, то минимальный угол наклона увеличивается до 25 градусов.
При использовании шифера – 35 градусов. Если кровля фальцевая, то угол наклона может быть разным: 18 — 35 градусов.
После того, как разобрались с углом наклона ската, необходимо поднять заднюю стену на такую высоту, чтобы получился желаемый угол.
Самое сложное в таких расчетах – это найти синус и тангенс.
Но для этого пользуются такой табличкой:
| Угол наклона крыши, градусы | Тангенс tgA | Синус sinA |
|---|---|---|
| 5 | 0,09 | 0,09 |
| 10 | 0,18 | 0,17 |
| 15 | 0,27 | 0,26 |
| 20 | 0,36 | 0,34 |
| 25 | 0,47 | 0,42 |
| 30 | 0,58 | 0,5 |
| 35 | 0,7 | 0,57 |
| 40 | 0,84 | 0,64 |
| 45 | 1,0 | 0,71 |
| 50 | 1,19 | 0,77 |
| 55 | 1,43 | 0,82 |
| 60 | 1,73 | 0,87 |
Для примера давайте найдем длину стропила и высоту поднятия стены фасада для дома длиной 5 метров.
Угол наклона составляет 25 градусов.
Для определения высоты поднятия передней стены Lbc х tg 25 = 5 х 0,47 = 2,35 метра.
Соответственно длина стропильной ноги Lc = 2,35 х 0,42 = 5,6 метра.
И не забудьте к полученной длине прибавить длину переднего и заднего свесов, которые необходимы для того, чтобы обеспечить стены здания защитой от косого дождя.
В среднем длина одного свеса составляет 0,5 метра.
Если требуется, эта длина может быть больше.
А вот меньше 0,5 метра нельзя.
Значит, к длине стропила следует прибавить 1 метр: Lc = 5,6 + 1 =6,6 метра.
Выбор материала кровли
После того, как определен внешний вид кровли, можно приступить к выбору материала. Существует несколько видов современных покрытий. В списке, приведённом ниже, варианты материалов приведены в порядке убывания средней рыночной стоимости.
- Керамическая черепица.
Керамика, как материал кровли, имеет долгую историю. Керамическая крыша надёжна и долговечна. Минусами этого материала является цена и большая масса. Под кровлю из керамической черепицы придётся устраивать усиленную стропильную систему и обрешётку; - Цементно-песчаная черепица.
Обладает практически всеми характеристиками керамической, но стоит чуть меньше; - Гибкая битумная черепица.
Обладает хорошими звукоизоляционными характеристиками. Благодаря шероховатой поверхности черепица способна не давать снегу съезжать с крыши. Требует сплошной обрешётки, обычно используется слой влагостойкой фанеры. Нельзя использовать на кровлях с большими уклонами; - Металлическая черепица.
По сравнению с предыдущими покрытиями, обладает меньшим весом. Легко монтируется. Минусом металлической кровли является то, что во время дождя она может быть слишком шумной. - Фальцевая кровля.
Самый привлекательный вариант в плане стоимости. Требует специальной квалификации при монтаже, так как непрофессионалу будет сложно качественно выполнить соединения. Монтаж более трудоёмкий, чем у металлической и гибкой черепицы. Такая же «шумная», как и металлическая черепица.
Материал кровли полностью зависит от желаний и возможностей заказчика. Исключение составляют кровли со слишком большим или слишком маленьким уклоном, так как все материалы имеют ограничения по углу наклона ската.
Типы конструкций
Существуют четыре основных типа двускатных кровель:
- Симметричная.
Надёжна, устойчива, проста в исполнении, в основе лежит равнобедренный треугольник; - Несимметричная.
Конёк располагается не по центру, скаты кровли имеют разные уклоны; - Ломаная симметричная.
Скаты кровли имеют излом. Значительно увеличивает высоту помещения; - Ломаная несимметричная.
Чердачное или мансардное помещение получается меньше, чем в предыдущем случае. Крыша имеет очень необычный внешний вид.
Выбор типа двускатной кровли зависит от назначения помещения, расположенного непосредственно под ней и архитектурного облика здания.
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.
Расчет стропил
Перед тем, как непосредственно начать расчет стропил, следует выяснить, какие нагрузки будут оказывать влияние на кровлю дома.
То есть на стропильные ноги.
Нагрузки, действующие на каркас кровли, принято разделять на постоянные и переменные.
Постоянные – это те нагрузки, которые действуют постоянно, независимо от времени суток, времени года и пр.
Это вес всего кровельного пирога, вес дополнительного оборудования, которое может быть установлено на кровле (ограждение, снегозадержатели, аэраторы, антенны и пр.).
Переменные нагрузки появляются в определенное время года.
Например, снег.
Когда снег ложится на кровлю — это очень приличный вес.
В любом случае ее следует учитывать.
То же самое с ветром.
Он не всегда есть, но когда дует сильный ветер, на каркас крыши действует довольно большое ветровое усилие.
И человеку неискушенному это вряд ли удастся.
Хотя попробовать стоит.
Просто при расчете нужно не забыть большое количество разных факторов, влияющих на кровлю.
Хотя бы вес самой стропильной системы со всеми элементами и крепежом.
Поэтому профессионалы пользуются для расчета стропил специальными компьютерными программами и калькуляторами.
Как узнать нагрузку на стропильные ноги?
Сбор нагрузок следует начинать с определения веса кровельного пирога.
Если вы знаете, какие материалы будут использованы и площадь скатов, то посчитать все несложно.
Принято высчитывать, сколько весит 1 квадратный метр кровли.
И затем умножать на количество квадратов.
Давайте для примера рассчитаем вес кровельного пирога.
Кровельным материалом является ондулин:
- Ондулин.
Квадратный метр ондулина имеет вес 3 кг. - Гидроизоляция.
Если используется полимерно – битумная изоляция, то она весит 5 кг/метр квадратный. - Утеплитель.
Вес одного квадрата базальтовой ваты составляет 10 кг. - Обрешетка.
Доски 2.5 см толщиной. Вес квадратного метра 15 кг.
Все веса суммируем: 3+5+10+15= 33 кг.
Затем следует полученное в результате вычислений значение умножить на коэффициент 1,1.
Это поправочный коэффициент.
Получается 34,1 кг.
Столько весит 1 кв. метр нашего кровельного пирога.
И если общая площадь нашей крыши равняется 100 квадратов, то весить она будет 341 кг.
Расчет снеговой нагрузки
Существует карта снеговых нагрузок.
На ней указана масса снежного покрова в каждом регионе.
Снеговую нагрузку рассчитываем по такой формуле: S = Sg х µ.
Sg – это масса снежного покрова.
µ — поправочный коэффициент.
И зависит этот коэффициент от того, какой у вашей кровли угол наклона скатов.
Чем этот угол больше, тем меньше значение этого коэффициента.
При углах наклона больше 60 градусов его вовсе не используют.
Так как снег на кровле не собирается.
Рассчитываем нагрузку от ветра
Как вся страна разбита на районы по массе снега, так же она разбита и по силе ветров.
И также существует специальная карта, на которой в каждом районе указывается сила ветра.
Для расчета нагрузок от ветра используют формулу:
Wo – показатель, взятый по карте.
k – это коэффициент поправки, зависящий от типа местности, где располагается здание, и его высоты.
Инструкция к калькулятру
Исходные данные
Условия эксплуатации:
Срок службы – здесь указывается срок, на протяжении которого конструкции должны исправно работать.
Про остальные параметры (длины (L и L0), шаг стропил (K), высоты крыши (Н, Н1 и Н2)) и так все понятно. Здесь просто нужно смотреть на рисунок.
Характеристики стропилин:
Для справки, стропилина – это одна из досок стропил.
Материал – здесь выбирается порода дерева, из которой будут изготовлены стропилины, а впоследствии и стропила.
Ширина (B) и высота (D) – размеры сечения стропилины.
Сорт древесины – здесь выбирается сорт древесины, из которого будут изготовлены стропилины.
Пропитка – ставится “Да”, если древесина будут подвержена глубокой пропитке антипиренами под давлением.
Нагрузка:
По СНиП “Нагрузки и воздействия” нагрузка на стропила может быть неравномерной. Другими словами, стропилина слева может быть нагружена больше, чем стропилина справа (подробнее об этом в статье: сбор нагрузок на кровлю и стропила). Поэтому, если рассчитывается лишь одна стропилина, то нормативные (qн) и расчетные (qр) нагрузки берутся максимальные (в нашем случае слева). А если расчет стропил крыши производится так, как в случае с затяжками (когда рассчитывается стропило целиком), то нужно указывать и нагрузки слева (qн1, qr1) и нагрузки справа (qн2, qr2).
Результат
Длины (L1 и L2) – расчетные длины стропилин.
Углы наклона (P, P1 и P2) – углы наклона стропил и подкоса. В случае с подкосом угол наклона Р2 желательно делать в пределах 45-53°.
Реакции (VA, VB и VC) – реакции, возникающие на опорах.
Усилия (NA, NC, ND и NE) – усилия, возникающие в затяжке.
Гибкость стропилины – параметр необходимый для расчета стропил на сжатие.
Расчет по прочности:
Gстропил. – напряжение, возникающее в стропилах.
Rтреб – требуемое расчетное сопротивление древесины. Если возникающее напряжение превышает его, то стропилы по прочности не проходят. В этом случае нужно, либо уменьшать шаг стропил, либо увеличивать их сечение.
Запас – в случае, если Gстропил.>Rтреб, то здесь показывается на сколько превышено напряжение в стропилах; в противном случае (Gстропил.<Rтреб) в данной графе отображается запас прочности.
Примечание: в случае, если стропилина имеет три опоры, то расчет по прочности производится в двух вариантах:
Вариант 1 – на усилия и момент, возникающие на средней опоре.
Вариант 2 – на усилия и момент, возникающие в большем пролете (L1 или L2).
Расчет по прогибу:
В принципе, если Вы строите дом себе, то на него можно не обращать внимания при условии, что стропила по прочности проходят.
Fстропил. – прогиб, который возникает под действием нагрузок.
Fmax – максимально допустимый прогиб для стропил.
Запас – здесь отображается, либо процент запаса (положительная цифра), либо на сколько действительный погиб стропил крыши превышает максимально допустимый (отрицательная цифра).
Стропила
Стропильная система – основа кровельной конструкции. От качества и точности ее исполнения зависит надежность и долговечность всей кровли. Поэтому ключевое значение имеет правильность проектирования. Обеспечить корректное составление математической части проекта поможет наш калькулятор стропил двухскатной крыши. Его функционал позволяет легко определить необходимый расход пиломатериала для проведения монтажных работ.
Длина
Расчет длины стропил двухскатной крыши при помощи нашего онлайн-калькулятора проводится с получением точного результата. Основными исходными параметрами для проведения вычислений являются: высота конька, размер бокового свеса, ширина основания.
После ввода в форму этих данных система автоматически выполнит вычисления и выдаст необходимую длину кровельной конструкции.
Количество
Ключевым параметром для проведения расчета количества стропил для монтажа двухскатной крыши является шаг их установки, который соотносится с размером основания и фронтонным свесом. На основании этих значений программа проводит вычисления и определяет требуемое число.
Зная количество и длину, можно легко посчитать расход пиломатериала, который пойдет на монтаж стропильной системы при строительстве или ремонте дома.
Количество кровли
Количество материала для кровли вычисляется очень просто, учитывая, что все параметры для расчетов были получены в процессе.
Рассматривая вычисления на том же примере, следует вычислить общую площадь крыши.
После этого можно узнать количество листов металлочерепицы (в данном примере), которые потребуется закупить для строительства.
Для этого необходимо получившееся значение площади крыши разделить на площадь одного листа металлочерепицы.
Как рассчитать площадь двускатной крыши:
- Длина крыши в данном примере равна 10м. Чтобы узнать такой параметр, необходимо замерить длину конька;
- Длина стропила была вычислена и равняется 3,6м (+0,5-0,7м.) ;
- Исходя из этого, площадь одного ската будет равна – 41 м 2. Общее значение площади – 82 м 2. т.е. площадь одного ската, умноженная на 2.
Важно: не забывать про припуски для козырьков крыши в 0,5-0,7 м
Достоинства двускатной системы
- Простота проектирования.
Расчёт несущей способности и необходимых материалов для устройства такой кровли достаточно прост, так как вариантов типов и размеров несущих конструкций немного; - Простота монтажа.
Двускатная кровля не имеет сложных конструктивных элементов. Малое количество типоразмеров позволяет быстрее установить все элементы кровли; - Удобство эксплуатации.
Чем меньше различных изломов имеет крыша, тем надёжнее она защищает жилище. В самом простом исполнении двускатная крыша имеет всего один излом — конёк. Такую кровлю проще ремонтировать в случае появления дефектов; - Свободное пространство.
Для обустройства мансарды предпочтительнее двускатная кровля, так как она меньше «съедает» пространство. Для сравнения, рассмотрим дом 6х6 м с мансардой. У наружных стен высота от пола помещения до кровли 1.5 м, у конька — 3 м. Для двускатной кровли при таких условиях объём помещения составит 81 м.куб, а для вальмовой, имеющей четыре ската, 72 м.куб. Для больших размеров здания потери в объёме будут увеличиваться.
Как рассчитать ветровые нагрузки?
Чтобы произвести расчет нагрузки на стропила применяется формула:
- Wo – это нормативный показатель, который определяется по таблицам, в зависимости от района страны.
- k – это поправочный коэффициент, который позволит определить изменение ветровой нагрузки в зависимости от типа местности и высоты здания.
| Высота дома, измеряемая в метрах | А | Б |
| 20 | 1,25 | 0,85 |
| 10 | 1 | 0,65 |
| 5 | 0,75 | 0,85 |
А – это открытые местности: степи, побережье моря или озера;
Б – местности, равномерно покрытые препятствия, например, городская застройка или лесной массив.
Московский регион расположен в I ветровом районе, нормативное значение ветровой нагрузки в этом районе 23 кгс/кв. м.
Поправочный коэффициент в нашем примере составит 0,5
23 x 0,5 = 11,5 кгс/ кв. м.
Это значение ветровой нагрузки.
Можно ли доверять современным онлайн-калькуляторам
Строительство – это, по сути, целая наука, которая не терпит и не прощает даже малейших неточностей в любых вычислениях. Специалисты, безусловно, знают, как правильно выполнить те или иные действия, как быстро определить любой из описанных выше показателей.
Непрофессионалу, который собирается обустроить и покрыть крышу своего, например, небольшого дачного домика, справиться с задачей будет намного сложнее. Двускатные конструкции – это наиболее простой вариант, но и он тоже требует повышенной скрупулезности в вычислениях.
Сегодня на просторах Интернета есть немало сайтов, на которых работает онлайн-калькулятор для расчета двухскатной крыши, рассчитать двускатную крышу с его помощью можно за несколько секунд, если ввести в соответствующие поля запрашиваемые данные. Это удобный и быстрый способ решения проблемы, но вы должны понимать и то, что каждый расчет – это дело индивидуальное, всё должно быть выполнено с учетом нюансов конкретного объекта.
