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

Как рассчитать вес кровельного пирога?

Прежде всего, нужно подсчитать, сколько будет весить сама кровля дома.

Это необходимый расчет – стропила должны выдерживать эту постоянную нагрузку в течение длительного времени.

Произвести расчет несложно, нужно подсчитать массу одного метра квадратного каждого из слоев «пирога» кровли. Затем вес каждого слоя суммируется, а полученный результат умножается на поправочный коэффициент 1,1.

Пример расчета. Возьмем для примера кровлю, покрытую ондулином. Крыша состоит из следующих слоев:

• Обрешетка крыши, собранная из дощечек толщиной 2,5 см. Вес метра квадратного этого слоя составляет 15 кг.
• Утеплитель (вата минеральная) толщиной10 см, вес квадратного метра утеплителя10 кг.
• Гидроизоляция – полимерно-битумный материал. Вес гидроизоляционного слоя –5 кг.
• Ондулин. Вес квадратного метра этого кровельного материала составляет3 кг.

Складываем полученные значения – 15 10 5 3 =33 кг.

Умножаем на поправочный коэффициент 33×1.1=34,1 кг. Это значение является весом пирога кровли.

В большинстве случаев, при строительстве жилых домов, нагрузка не достигает значения50 кгна метр квадратный.

Таким образом, нагрузка от веса кровельного «пирога» составляет 50×1,1 = 55 кг/кв. метр

Калькулятор

Онлайн калькулятор односкатной крыши предназначен для расчета угла наклона ската, количества и размера
стропил, количества обрешетки, а так же объема необходимых материалов. В расчетах учтены все популярные
кровельные материалы, такие как керамическая, цементно-песчанная, битумная и металлическая черепица,
ондулин, шифер и др. Возможно производить расчет плоской крыши по заданным параметрам.

Все расчеты выполняются в соответствии с ТКП 45-5.05-146-2009 и СНиП «Нагрузки и
воздействия».

Односкатная крыша является самой простой среди других типов крыш и экономичной в плане
расхода материалов и работ, так как имеет всего один скат. Такой вид крыши достаточно популярен и в основном
применяется для гаражей, хозяйственных построек и других не жилых помещений. Может быть как чердачной, так и
бесчердачной.

Для данной крыши применимы практически все популярные виды кровельных, подкровельных
материалов и утеплителей. К данному виду крыш применимы различные углы наклона ската, но чаще всего
применяются малые углы. В таком случае необходимо учитывать повышенные снеговые нагрузки на кровлю и
своевременно очищать ее от снега.

При заполнении данных, обратите внимание на дополнительную информацию со знаком Дополнительная информация

Далее представлен полный список выполняемых расчетов с кратким описанием каждого
пункта. Вы так же можете задать свой вопрос, воспользовавшись формой справа.

Как произвести расчет снеговых нагрузок?

Снеговая нагрузка – это достаточно серьезное воздействие на конструкции кровли, так как снега на крыше может скопиться достаточно много.

S=Sg x µ.

В этой формуле:

• S – это снеговая нагрузка,
• Sg – вес снегового покрова, который покрывает квадратный метр горизонтальной поверхности. Это значение меняется в зависимости от места расположения дома. Найти данный коэффициент можно в снип  — стропильные системы.
• µ — это поправочный коэффициент, значение которого зависит от угла наклона кровли. Так для плоских крыш, которые имеет угол наклона 25 градусов и меньше значение коэффициента – 1,0. Для крыш с углом наклона более 25 и менее 60 градусов, коэффициент составляет 0,7. Для крыши, имеющей крутые склоны, снеговые нагрузки можно не учитывать.

Пример расчета. Например, необходимо рассчитать снеговую нагрузку для кровли дома, строящегося в Московской области, причем угол наклона ската составляет 30 градусов.

Московский регион расположен в III снеговом районе, для которого расчетное значение массы снега на квадратный метр горизонтальной поверхности составляет 180 кгс/ кв. м.

180 x 0,7 = 126 кгс/кв. м.

Это расчетная снеговая нагрузка на кровлю.

Инструкция к калькулятру

Исходные данные

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.

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.

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).

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.

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.{amp}gt;Rтреб, то здесь показывается на сколько превышено напряжение в стропилах; в противном случае (Gстропил.{amp}lt;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).

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).

Как рассчитать ветровые нагрузки?

W = Wo x k

• 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.

А – это открытые местности: степи, побережье моря или озера;

Б – местности, равномерно покрытые препятствия, например, городская застройка или лесной массив.

Пример расчета. Рассчитать ветровую нагрузку для дома высотой5 метров, расположенного в лесистой местности в Подмосковье.

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.

Как рассчитать сечения стропил и других элементов кровли?

Чтобы произвести расчет длины стропил, требуется знать, какой кровельный материал планируется использовать, а также из чего сделаны чердачные перекрытия (деревянные балки  или плиты из железобетона).

Стандартные стропила, которые поступают в продажу, имеют длину 4,5 и6 метров. Но, в случае необходимости, длина стропил может быть изменена.

Сечение бруса, который идет на изготовление стропил, зависит от следующих факторов:

• Длина стропил;
• Шаг установки стропил;
• Расчетные величины нагрузок.

Данные в представленной таблице являются рекомендательными, их нельзя назвать полноценной заменой расчетам. Поэтому расчет фермы стропильной является необходимостью для определения несущей способности кровли.

Данные таблицы приведены в соответствии с атмосферными нагрузками, характерными для Московского региона.

Шаг, с которым устанавливаются стропила (см)	Длина стропил (метры)
	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0
215	100х150	100х175	100х200	100х200	100х250	100х250	—
175	75х150	75х200	75х200	100х200	100х200	100х200	100х250
140	75х125	75х175	75х200	75х200	75х200	100х200	100х200
110	75х150	75х150	75х175	75х175	75х200	75х200	100х200
90	50х150	50х175	50х200	75х175	75х175	75х250	75х200
60	40х150	40х175	50х150	50х150	50х175	50х200	50х200

Сечения бруса для изготовления других элементов кровли:

• Мауэрлат – 100х100, 100х150, 150х150;
• Для ендов и изготовления диагональных ног – 100х200;
• Прогоны – 100х100, 100х150, 100х200;
• Затяжки — 50х150;
• Ригели – 100х150,100х200;
• Подкосы – 100х100, 150х150;
• Доски подшивочные – 25х100.

Определившись с сечением и длиной, а также с шагом расположения стропил, несложно произвести расчет количества стропил, ориентируясь на длину стен дома.

При проектировании, помимо расчета на прочность, конструктор должен выполнить расчет на прогиб.

То есть, нужно не просто гарантировать, что стропила не сломаются под оказываемой нагрузкой, но и выяснить, насколько балки могут прогибаться.

К примеру, расчет деревянной стропильной фермы для строительства мансардной крыши должен быть выполнен так, чтобы величина прогиба не превышала 1/250 часть от длины участка, на который оказано давление.

Таким образом, если использованы стропила длиной5 метров, то максимальный допустимый прогиб может достигать20 мм. Данная величина кажется совсем незначительной, однако при ее превышении, деформация кровли будет заметна визуально.

Требования к качеству материала

Если осуществляется расчет деревянных стропил, то помимо таких параметров, как длина и сечение, нужно учитывать и качество строительного материала.

Стропила для крыши своими руками изготавливают из древесины лиственных и хвойных пород.

Основные требования к материалу изложены в ГОСТ 2695-83 и ГОСТ 8486-86. Среди них:

• Допускает наличие сучков в количестве не более трех на метровый участок, размер сучков не должен превышать30 мм.
• Допускается наличие несквозных трещин, не превышающих ½ длины;
• Влажность пиломатериала не должна быть выше 18% при измерении влагометром.

При приобретении материала, из которого планируется монтировать стропильные системы – снип предписывает проведение проверки документа о качестве, в котором указаны:

• Данные о производителе;
• Номер стандарта и название изделия;
• Размер изделия, влажность и использованная порода древесины;
• Количество отдельных элементов в упаковке;
• Дата выпуска данной партии.

Поскольку дерево материал натуральный, оно требует проведение предмонтажной подготовки. Эта подготовка планируется на стадии, когда проектируется стропильная система – снип предусматривает проведение защитных и конструктивных мероприятий.

К защитным  мероприятиям относят:

• Обработку древесины антисептиками для предотвращения преждевременного загнивания;
• Обработку древесины антипиреновыми пропитками для защиты от возгорания;
• Обработку биозащитными составами для защиты от насекомых-вредителей

К конструктивным мероприятиям можно отнести:

• Установка гидроизоляционных прокладок в месте соприкосновения кирпича и деревянных конструкций;
• Создание гидроизоляционного слоя под кровельным материалом и пароизоляционного – со стороны помещений перед слоем утеплителя;
• Оборудование вентиляции подкровельного пространства.

При соблюдении все требований технологии стропильная система деревянного дома приобретет более высокие прочностные качества, и конструкция крыши прослужит долго, не требуя проведения ремонта.

Расчёт стропильной системы

Как видно из вышесказанного, произвести расчет строительных систем крыш 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.

После сбора основных нагрузок можно уже определить основные параметры стропил. Для того чтобы определить какая распределенная нагрузка приходится на каждую стропильную ногу в отдельности, переводим кг/м2 в кг/м.

Считаем по формуле: N = шаг стропил x Q, где

N — равномерная нагрузка на стропильную ногу, кг/мшаг стропил — расстояние между стропилами, мQ – рассчитанная выше итоговая нагрузка на крышу, кг/м²

Из формулы ясно, что изменением расстояния между стропилами можно регулировать равномерную нагрузку на каждую стропильную ногу. Обычно шаг стропил находится в диапазоне от 0,6 до 1,2 м. Для крыши с утеплением при выборе шага разумно ориентироваться на параметры листа утеплителя.

Вообще при определении шага установки стропил лучше исходить из экономических соображений: высчитать все варианты расположения стропил и выбрать самый дешевый и оптимальный по количественному расходу материалов для стропильной конструкции.

В строительстве частных домов и коттеджей, при выборе сечения и толщины стропила, руководствуются таблицей приведенной ниже (сечение стропила указано в мм). В таблице усредненные значения для территории России, а также учтены размеры строительных материалов, представленных на рынке. В общем случае, этой таблицы достаточно для того, чтобы определить, какого сечения нужно приобретать лес.

Однако, не следует забывать, что размеры стропильной ноги зависят от конструкции стропильной системы, качества используемого материала, постоянных и переменных нагрузок оказываемых на кровлю.

На практике при постройке частного жилого дома чаще всего используют для стропил доски сечением 50х150 мм (толщина x ширина).

Как уже упоминалось выше, стропила рассчитываются по максимальной нагрузке и на прогиб. В первом случае учитывают максимальный момент изгиба, во втором – сечение стропильной ноги проверяется на устойчивость прогибу на самом длинном участке пролета. Формулы достаточно сложные, поэтому мы выбрали для вас упрощенный вариант.

a) Если угол крыши {amp}lt; 30°, стропила рассматриваются как изгибаемые

H ≥ 8,6 x Lm x √(N / (B x Rизг))

b) Если уклон крыши {amp}gt; 30°, стропила изгибаемо-сжатые

H ≥ 9,5 x Lm x √(N / (B x Rизг))

H, см — высота стропилаLm, м — рабочий участок самой длинной стропильной ногиN,кг/м — распределённая нагрузка на стропильную ногуB, см — ширина стропилаRизг, кг/см² — сопротивление древесины изгибу

1 сорт	140 кг/см²
2 сорт	130 кг/см²
3 сорт	85 кг/см²