Крыша в здании предназначена для удержания внешних нагрузок и их перераспределения на несущие стены или опорные сооружения. К таким нагрузкам относится вес кровельного пирога, масса самой конструкции, вес снежного покрова и так далее.
Крыша располагается на стропильной системе. Так называется каркасная конструкция, на которую фиксируется кровля. Она принимает все внешние нагрузки, распределяя их по опорным сооружениям.
Стропильная система двухскатной крыши включает в себя следующие элементы:
- Мауэрлат;
- Подкосы и раскосы;
- Боковые и коньковые прогоны;
- Стропильные ноги.
Стропильной фермой называется конструкция, включающая в себя все перечисленные элементы за исключением мауэрлата.
Расчет нагрузок двухскатной крыши
Постоянные нагрузки
Первым видом называются такие нагрузки, которые действуют на кровлю всегда (в любой сезон, время суток и так далее). К ним относится вес кровельного пирога и различного оборудования, установленного на крыше. Например, вес спутниковой антенны или аэратора. Необходимо вычислить вес всей стропильной конструкции вместе с крепежами и различными элементами. Профессионалы для выполнения этой задачи используют компьютерные программы, а также специальные калькуляторы.
Расчет двухскатной кровли основывается на вычислении нагрузок на стропильные ноги. В первую очередь нужно определить вес кровельного пирога. Задача довольно простая, необходимо просто знать используемые материалы, а также размеры крыши.
В качестве примера вычислим вес кровельного пирога с материалом ондулин. Все значения берутся приблизительно, высокая точность здесь не требуется. Обычно строители выполняют расчеты веса квадратного метра кровли. А потом данный показатель умножается на общую площадь крыши.
Кровельный пирог состоит из ондулина, слоя гидроизоляции (в данном случае - изоляции на полимерно-битумной основе), слоя теплоизоляции (будет вестись расчет веса базальтовой ваты) и обрешетки (толщина досок составляет 25 мм). Вычислим вес каждого элемента по отдельности, а потом сложим все значения.
Расчет кровли двухскатной крыши:
- Квадратный метр кровельного материала весит 3.5 кг.
- Квадратный метр гидроизоляционного слоя весит 5 кг.
- Квадратный метр утеплителя весит 10 кг.
- Квадратный метр обрешетки весит 14 кг.
Теперь вычислим общий вес:
3.5 + 5 + 10 + 14 = 32.5
Полученное значение нужно умножить на коэффициент поправки (в данном случае он равен 1.1).
32.5 * 1.1 = 35.75 кг
Получается, что квадратный метр кровельного пирога весит 35.75 кг. Остается умножить данный параметр на площадь крыши, тогда получится рассчитать двухскатную крышу.
Переменные нагрузки на кровлю
Переменными называются такие нагрузки, которые действуют на крышу не постоянно, а сезонно. Ярким примером является снег в зимнее время. Снежные массы оседают на кровле, создавая дополнительное воздействие. Но весной они тают, соответственно, давление снижается.
К переменным нагрузкам относится и ветер. Это тоже погодное явление, которое действует не всегда. И таких примеров очень много. Поэтому важно учитывать переменные нагрузки при расчете длины стропил двускатной крыши. При вычислении нужно брать во внимание множество различных факторов, воздействующих на крышу здания.
Теперь подробнее рассмотрим снеговые нагрузки. При расчете данного параметра нужно использовать специальную карту. Там размечена масса снежного покрова в различных регионах страны.
Для вычисления данного вида нагрузки используется следующая формула:
Где Sg - показатель местности, взятый по карте, а µ - поправочный коэффициент. Он зависит от уклона крыши: чем уклон сильнее, тем меньше коэффициент поправки. И тут есть важный нюанс - для крыш с уклоном от 60 o его совсем не учитывают. Ведь с них снег будет просто скатываться, а не скапливаться.
Вся страна разделена на районы не только по массе снега, но и по силе ветров. Имеется специальная карта, на которой можно узнать данный показатель в определенной местности.
При расчете стропил кровли ветровые нагрузки определяются по следующей формуле:
Где x - коэффициент поправки. Он зависит от месторасположения строения и его высоты. А W o - параметр, выбранный по карте.
Расчет размеров стропильной системы
Когда с расчетом всех видов нагрузок покончено, можно переходить вычислению размеров стропильной системы. Выполнение работы будет отличаться в зависимости от того, какая конструкция крыши планируется.
В данном случае рассматривается двухскатная.
Сечение стропильной ноги
Расчет стропильной ноги основывается на 3 критериях:
- Нагрузки из предыдущего раздела;
- Удаленность перил;
- Длина стропил.
Существует специальная таблица сечений стропильных ног, в которой можно узнать данный показатель, основываясь на вышеописанных критериях.
Длина стропил в двускатной крыше
При расчетах вручную потребуются базовые знания геометрии, в частности - теоремы Пифагора. Стропило - гипотенуза прямоугольного треугольника. Ее длину получится узнать, если разделить длину катета на косинус противолежащего угла.
Рассмотрим конкретный пример:
Требуется расчет длины стропил двухскатной крыши для дома с шириной 6 м, у которого наклон скатов равен 45 o . Пусть L будет длиной стропил. Подставим все данные в формулу.
L = 6 / 2 / cos 45 ≈ 6 / 2 / 0.707 ≈ 4.24 метра.
К полученному значению нужно прибавить длину козырька. Она приблизительно равна 0.5 м.
4.24 + 0.5 = 4.74 метра.
На этом исчисление длины стропил для двухскатной крыши закончено. Это был ручной способ выполнения задачи. Существуют специальные компьютерные программы, предназначенные для автоматизации данного процесса. Проще всего использовать «Аркон». Это полностью бесплатная программа, с которой легко разберется даже плохо разбирающийся в компьютерах человек.
Достаточно просто указать вводные параметры на основании размеров дома. Программа самостоятельно выполнит расчеты и покажет необходимое сечение, а также длину стропил двускатной крыши.
Для зданий небольшой высотности отлично подойдет стропильная кровля. Она украсит фасад дома, а при достаточном уклоне снег на такой кровле не скапливается, в отличие от плоской конструкции.
Одна из разновидностей стропильной кровли – двускатная . Это достаточно простая система, которая образуется двумя скатами. Скат кровли – это вся наклонная плоскость, при помощи которой обеспечивается водосток.
Конструкция опирается на две параллельные стены. Такая кровля образует два треугольных боковых фронтона. Фронтон – это завершение фасада здания.
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.
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.
Общие принципы расчёта стропильной системы
Самыми важными несущими частями стропильной системы двухскатной кровли здания являются мауэрлат, ригель и стропила. Мауэрлат работает на сжатие, поэтому его сечение можно взять условно.
Ригель и стропильные ноги испытывают на себе изгибающий момент.
Расчёт таких конструкций производится по прочности и по жёсткости. Для небольших зданий можно выбрать их сечение приблизительно, но для серьёзных построек, в целях безопасности и экономии материала расчёт стропильной системы должен выполнить профессионал.
Нагрузка от собственного веса кровли
Чтобы выполнить расчёт необходимо знать нагрузку на 1 м.кв. кровли.
Для этого нужно сложить массы 1 м.кв. всех кровельных материалов:
- подшивка (если она есть, чаще всего выполняется из гипсокартона);
- стропильные ноги . Чтобы посчитать какой вес стропил приходится на квадратный метр кровли нужно найти массу погонного метра стропильной ноги и разделить это число на шаг стропил в метрах. Для расчёта можно принять приблизительное сечение стропила, площадь этого сечения необходимо умножить на плотность древесины;
- утеплитель (если он есть) . Плотность утеплителя должна быть указана производителем, её необходимо умножить на толщину;
- обрешётка . Для обеспечения запаса в расчёт можно брать сплошную обрешётку. Например, 1 м.кв. обрешётки из доски толщиной 32 мм будет весить приблизительно 25 килограмм;
- кровельный материал. Масса 1 м.кв. покрытия обычно указывается производителем.
Снеговая нагрузка
Снеговая нагрузка для каждой местности своя и равняется весу снегового покрова на горизонтальной плоскости.
На территории России она может принимать значения от 80 до 560 килограмм на метр квадратный. В интернете можно легко найти карту распределения снеговой нагрузки и выбрать нужное число исходя из района строительства.
Угол наклона кровли
Угол наклона кровли достаточно легко рассчитать, зная геометрию и имея под рукой инженерный калькулятор или стандартный калькулятор на персональном компьютере.
Если разделить высоту подъема кровли на расстояние от конька до карниза в плане, получается уклон кровли в долях или тангенс угла наклона. Для того чтобы вычислить угол, достаточно лишь найти арктангенс.
Если использование инженерного калькулятора вызывает затруднения, арктангенс можно найти с помощью калькулятора онлайн.
Расчёт шага стропил
Шаг стропил мансардной кровли следует выбирать из соображений удобства монтажа утеплителя. Маты обычно имеют ширину 60 сантиметров, поэтому шаг стропил стоит выбирать так, чтобы расстояние между ними в чистоте составляло 58 или 118 сантиметров. Два сантиметра позволят установить плиты утеплителя очень плотно, что позволит ему держаться между стропилами и улучшит теплоизоляцию.
Длина стропильной ноги
Длину ноги легко вычислить по формуле:
L / cosα
,
здесь L – это расстояние от конька крыши до внутренней поверхности наружной стены в плане, а cosα – это косинус угла наклона кровли. При жёстком креплении нужно прибавить величину врубки.
Сечение стропильной ноги
Сечение стропильной ноги нужно подбирать кратным размеру досок и бруса.
Пример простого расчёта сечения стропильной ноги:
- находим нагрузку на 1 погонный метр стропила.
q = (1.1*масса 1 м.кв. кровли*cosα + 1.4*нормативная снеговая нагрузка* cosα2)* шаг стропил; - находим W
.
W = q*1,25*полёт стропил/130; - решаем уравнение:
W = b*h2/6.
В этом уравнении b – ширина сечения стропильной ноги, а h–высота.
Для решения нужно задаться шириной и найти высоту, решив простое квадратное уравнение. Ширину можно назначать 5 см, 7.5 см, 10 см, 15 см. При небольших пролётах ширина 15 см нецелесообразна.
Для расчета стропильных систем существуют всевозможные таблицы, программы, онлайн калькуляторы.
Основные элементы кровли
Основными элементами двускатной, как и любой другой стропильной кровли, являются:
Стропильная крыша с мансардой
Чтобы полностью использовать пространство под крышей можно спроектировать мансарду.
Мансардный этаж – это этаж в чердачном пространстве. Фасад мансарды полностью или частично образуется поверхностями крыши. Согласно нормативным документам, чтобы помещение считалось мансардой, линия пересечения плоскости крыши и наружной стены не должна находиться выше, чем 1.5 м от уровня пола. Если это требование не выполнено, пространство будет считаться обычным этажом.
Кровля мансардного этажа отличается от кровли чердачного наличием в своей конструкции утеплителя. Чаще всего для утепления мансардной крыши используются минераловатные плиты.
Освещение мансардного пространства может осуществляться тремя способами:
- оконные проёмы во фронтонах;
- слуховые окна;
- мансардные окна.
Слуховое окно – это оконная конструкция, которая имеет каркас, монтируемый одновременно со стропильной системой. Этот каркас выполняется из дерева. Слуховое окно имеет собственную маленькую крышу, которая может быть двускатной или цилиндрической. Сам стеклопакет устанавливается вертикально.
Мансардное окно – это окно, специально предназначенное для использования на стропильной кровле. Оно устанавливается в плоскость ската в наклонное положение. Мансардное окно должно выдерживать расчётную снеговую нагрузку. Лучше не использовать такой тип окон в кровлях с небольшим уклоном.
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.
Виды стропильных систем
Конструктивные системы стропильной кровли могут быть трёх видов:
- Наслонные стропила
.
Стропила опираются по двум сторонам. Снизу – на мауэрлат, сверху – на ригель. В качестве промежуточных опор могут использоваться стойки и подкосы. Чаще всего используются в зданиях с небольшим расстоянием между торцами или при возможности поставить стойки или стену посередине мансарды.
При больших пролётах стропил (больших расстояниях между продольными стенами) могут дополнительно использоваться стойки, подкосы или затяжки.
Наслонные стропила просты в расчётах.
Обычно самым мощным элементом такой системы является ригель, который несёт на себе половину нагрузки от всей конструкции кровли. - Висячие стропила.
При отсутствии возможности использования ригеля в качестве верхней опоры, разумно использовать эту стропильную систему.
Висячие стропила опираются только на мауэрлат, а в верхней точке соединяются между собой с помощью накладки.
Эта стропильная система работает под нагрузкой как ферма. Наибольшее давление приходится на наружные стены. Возникает горизонтальная сила – распор, которая может привести к смещению стен. В конструкции висячих стропил распорное усилие воспринимает затяжка, которая стягивает стропильные ноги и не даёт им разъезжаться.
Висячие стропила классифицируются в зависимости от месторасположения затяжки:
1) Треугольная трёхшарнирная арка.
Затяжка и стропила образуют треугольник. Затяжка располагается в уровне перекрытия;
2) Треугольная трёхшарнирная арка с подвесом.
При большом пролёте стропил затяжка может не пройти по требованиям прогиба. Чтобы предотвратить её провисание, затяжку подвешивают к коньку. Но при такой системе, так же, как и при системе наслонных стропил, посередине мансарды образуется ряд стоек;
3) Треугольная трёхшарнирная арка с приподнятой затяжкой.
Затяжка располагается чаще всего в уровне потолка мансардного помещения. Такая схема менее выгодна с точки зрения работы конструкции. Чем выше расположена затяжка, тем больший распор она воспринимает.
Висячие стропила должны рассматриваться как треугольная ферма, что усложняет расчёт. - Комбинированные стропила.
К комбинированной системе можно отнести распорные наслонные стропила. Они нуждаются как в установке ригеля, так и в затяжке. В отличие от предыдущих вариантов, в которых стропила к мауэрлату крепятся шарнирно, здесь стропильная нога крепится жёстко, поэтому в системе возникает распор. Для такой системы мауэрлат должен быть надёжно прикреплен к стене, а сама стена быть прочной и толстой. Отличным вариантом стане выполнение по периметру железобетонного пояса.
Монтаж стропильной системы
Монтаж происходит в следующем порядке:
- укладка мауэрлата;
- установка ригеля (если он есть);
- раскладка стропил;
- утепление (если есть);
- обрешётка;
- кровельный материал.
Прикрепление стропильной ноги к мауэрлату может быть жёстким и шарнирным.
Шарнирное закрепление
Даёт возможность компенсировать расширение древесины под действием влажности и перепадов температуры.
Крепление может осуществляться несколькими способами:
- с помощью специального крепежа, металлической «салазки»;
- с помощью крепёжной пластины;
- на стропильной ноге выполняется запил. Место стыка стропильной ноги и мауэрлата фиксируется с помощью гвоздей.
Жёсткое закрепление
Стропило крепится к мауэрлату врубкой и надёжно фиксируется гвоздями, забитыми под углом по отношению друг к другу. Один гвоздь вбивается вертикально поверхности мауэрлата. Такое соединение исключает смещение в любой плоскости.
Двускатная стропильная система имеет неоспоримые преимущества. Её можно спроектировать и смонтировать самостоятельно, нужно лишь ответственно отнестись к этому вопросу и продумать всё до мелочей.
Укажите параметры деревянных стропил:
B – ширина стропила, важный параметр определяющий надежность стропильной системы. Искомое сечение стропила (в частности ширины) зависит от: нагрузок (постоянные – вес обрешетки и кровельного пирога, а также временные – снеговые, ветровые), применяемого материала (качества и его вида: доска, брус, клееный брус), длины стропильной ноги, расстояния между стропилами. Определить примерное сечение бруса для стропил можно с помощью данных таблицы (значение ширины – это большее значение из 3 колонки, например, при длине стропилины до 3000 мм и шаге 1200 мм искомое значение ширины 100 мм). При выборе ширины стропила обязательно учитывать рекомендации, наведенные в СП 64.13330.2011 «Деревянные конструкции» и СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия».
| Длина стропилины, мм | Шаг стропил, мм | Сечение стропила, мм |
| До 3000 мм | 1200 | 80х100 |
| До 3000 мм | 1800 | 90х100 |
| До 4000 мм | 1000 | 80х160 |
| До 4000 мм | 1400 | 80х180 |
| До 4000 мм | 1800 | 90х180 |
| До 6000 мм | 1000 | 80х200 |
| До 6000 мм | 1400 | 100х200 |
Y – высота крыши, расстояние от конька до перекрытия чердака. Влияет на величину угла наклона крыши. Если планируется обустройство нежилого чердака, следует выбирать небольшую высоту (потребуется меньше материала для стропил, гидроизоляции и кровли), но достаточную для проведения ревизии и обслуживания (не менее 1500 мм). При необходимости оборудования жилого помещения под сводом крыши, для определения ее высоты необходимо ориентироваться на рост самого высокого члена семьи плюс 400-500 мм (примерно 1900-2500 мм). В любом случае нужно также учитывать требования СП 20.13330.2011 (актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85*). Следует помнить, что на крыше с небольшим углом наклона (маленькой высотой) могут задерживаться осадки, что негативно влияет на ее герметичность и долговечность. Однако, высокая крыша становится более уязвима к порывам сильного ветра. Оптимальный угол наклона находится в пределах 30-45 градусов.
X – Ширина крыши (без свесов), определяется шириной внешнего периметра Вашего дома.
C – размер свеса, важного конструктивного элемента крыши, защищающего стены и фундамент от осадков, определяется с учетом климатических условий Вашего региона (СП 20.13330.2011) и общей архитектурной идеи. Для одно- и двухэтажных домов без организации наружного стока воды не меньше 600 мм. Если устроить систему водоотвода можно уменьшить до 400 мм (СНБ 3.02.04-03). Согласно требованиям IRC-2012, пункта R802.7.1.1 (Международного строительного кода для 1-2 квартирных индивидуальных жилых домов) максимальная длина свободного свеса стропил, не требующая обустройства дополнительных опорных подкосов, 610 мм. Оптимальной величиной свеса считается 500 мм.
Z – это расстояние от верхней кромки стропила до выпила. Размер Z связан с шириной стропила простым соотношением – не более 2/3 его ширины (пренебрежение этим правилом значительно уменьшает несущую способность стропилины). Запил необходим для крепления стропила к мауэрлату – опоре, которая воспринимает нагрузки от крыши и перераспределяет на несущие стены.
Отметив пункт «Черно-белый чертеж» Вы получите приближенный к требованиям ГОСТ чертеж и сможете его распечатать, не расходуя зря цветную краску или тонер.
Результаты расчета:
Длина до свеса стропила – этот размер нужно использовать для разметки запила стропилины к мауэрлату.
Длина свеса покажет, как далеко необходимо выпустить стропило за пределы периметра дома для получения заданного свеса крыши (С ) защищающего от непогоды.
Рассчитав общую длину стропила и свеса не сложно узнать необходимое количество пиломатериалов нужной длины и оценить сколько надо реагентов для обработки древесины от гниения.
Расчет угла и сечения стропил: угол среза – это угол, на который необходимо зарезать концы стропил для соединения между собой. Под таким же углом к грани стропилины следует отмерять начало запила. Для соблюдения одинакового угла запила на всех стропилах желательно использовать шаблон.
Скатная крыша имеет систему наклонных плоскостей (скатов). Конструкция стропильной системы подбирается и рассчитывается, учитывая наличие опор для неё, тип покрытия, размеры и форму перекрываемого здания. Специальный расчёт поможет подобрать необходимый размер стропильной ноги и обеспечить прочность крыши.
Виды стропильных систем двухскатной крыши
Схема стропильной системы выбирается, исходя из условий количества опор для неё и расстояния между ними.
Наслонные стропила опираются на внешние несущие стены зданий и на дополнительные внутренние опоры, в случае если расстояние между основными опорами превышает 4,5 м. Стропильная нога снизу опирается на опорный брус (мауэрлат), который передаёт вес от крыши на стену здания. Верхний конец соединяется с коньковым прогоном и другой стропильной ногой.
1, 2 — висячая стропильная система. 3, 4 — наслонная стропильная система. a — стропила, b — затяжка, c — ригель, d — прогон, e — мауэрлат, f — подкос, g — стойка.
Висячий вид стропильных систем имеет затяжку на уровне нижних опорных узлов или выше их и не предполагает промежуточных опор. Расстояние между внешними несущими опорами не должно превышать 6,5 м. Этот вариант устройства стропильной конструкции можно отнести к треугольным фермам. Расстояние в плане между ними принимается 1,3-1,8 м.
Состав покрытия
Кровля
Этернитовые кровли представляют собой плоские или волнистые листы из асбестоцемента. Это дешёвый вид кровельного покрытия, который достаточно прост в монтаже. В последнее время исследования показали его вредное влияние на здоровье человека.
К шиферным относятся и сланцевые кровли. Они сооружаются из природного материала слоистой структуры сланца. Еврошифер, ондулин являются потомками обыкновенного шифера. Представляют собой спрессованное стекловолокно или целлюлозу, которые пропитаны битумом.
Металлическое покрытие часто используется в строительстве жилых зданий. Оно надёжно защищает дом от атмосферного влияния, имеет малый вес и не трудоёмко в монтаже. К этому виду кровель можно отнести профнастил, оцинкованную сталь, алюцинк.
Рулонные относятся к мягким видам кровель. Они водонепроницаемы, устойчивы к влиянию окружающей среды и удобны в монтаже. К ним относятся такие виды:
- рубероид (рубемаст, стекломаст, еврорубероид, толь и др.);
- битумно-полимерные (стеклоизол, стеклокром, линокром и др.);
- мембранные кровли (ПВХ, термопластичные мембраны, плёнки из синтетического каучука и др.).
Если раньше черепичные кровли были только керамическими, то сегодня встречаются: цементно-песчаные, битумные и металлочерепица.
Деревянные кровли используются редко из-за трудности устройства. Они бывают гонтовые, драничные, шиндебль, лемех, тёсовые.
Светопропускающие кровли изготавливаются из полимерных материалов и стекла. К ним можно отнести сотовый поликарбонат, гофрированный поливинилхлорид, триплекс, полиэстер и др.
Обрешётка
Кровельный настил или обрешётка является основанием для кровли. Его делают из досок или брусков. При устройстве металлической, деревянной или черепичной крыши брус обрешётки принимается сечением:
- 50х50 мм при расстоянии между стропилами — 1,0-1,1 м;
- 50х60(h) мм при шаге стропил — 1,2-1,3 м;
- 60х60 мм при шаге — 1,4-1,5 м.
Для других видов можно использовать доски 2,5 см толщиной. Под рулонную кровлю устраивается двойной настил из досок. Рабочий нижний слой настилается перпендикулярно направлению стропил с прозорами. Верхний укладывается под углом 45° к нижележащему слою. Ширина досок для него принимается не более 8 см, а толщина составляет 2 см.
Стропила
Деревянные стропила применяются бревенчатые, спиленные на один кант, из пилёного леса (брус, доска, уложенная на ребро). Для наслонных стропил лучше подойдёт круглое сечение бревна. Диаметр их составляет 12-20 см. Преимущества использования бревна по сравнению с доской или брусом следующие:
- экономия древесины (для выдерживания одинаковых нагрузок для круглого сечения нужен меньший диаметр исходного материала);
- выше предел огнестойкости;
- меньший расход металлического крепежа;
- более высокие показатели жёсткости и долговечности.
Расчёт наслонной стропильной ноги
Между стропильными ногами допускается шаг 1,0-1,5 м. Сечение их определяется по расчёту, исходя из прочности, а также жёсткости конструкции. Для этого определяется расчётная постоянная нагрузка на стропилу, включающая в себя расчет постоянных нагрузок на один погонный метр кровли и снеговую нагрузку.
Схема распредеения нагрузки по стропильной ноге: α — угол наклона кровли, q — общие постоянные нагрузки, q
Исходными данными для расчета принимаются:
- шаг установки стропильных ног;
- угол наклона кровли;
- ширина и высота крыши.
Выбор параметров, а также подбор большинства коэффициентов зависит от материала кровельного покрытия и подробного состава кровельного пирога.
Для наклонных кровель постоянные нагрузки рассчитываются по формуле:
Стропильная нога рассчитывается также на жёсткость (прогиб). Здесь используется нормативная нагрузка:
- α — угол наклона кровли;
- n, n c — коэффициенты надёжности для нагрузок от снега — 1,4, нагрузок от крыши — 1,1;
- g — вес 1 м 2 , который воспринимает стропильная нога (кровля, обрешётка, стропила);
- а — шаг стропильных ног (по оси).
- S g — вес снега на 1 м 2 , который зависит от климатического района;
- с е — коэффициент сноса снега за счёт влияния ветра и других атмосферных воздействий, зависит от режима эксплуатации кровли;
- c t — термический коэффициент.
Коэффициенты с е и c t принимаются согласно требованиям СП 20.13330.2011 раздел 10 «Снеговые нагрузки» в соответствии с 10.5 и 10.6. Для частного дома со скатной крышей с уклоном кровли свыше 20° коэффициенты с е и с t равны единице, следовательно, формула снегового покрова:
µ — коэффициент, который зависит от угла наклона крыши и определяется согласно приложению «Г» СП 20.13330.2011:
- для кровель с углом наклона менее 30° µ = 1;
- для кровель с углом наклона свыше 60° µ = 0;
- в остальных случаях для угла наклона 30°<α<60° µ = 0,033 х (60°-α).
Вес снегового покрова по районам можно уточнить в СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия», где также определяется номер района по карте приложения Ж.
Вес снегового покрова S g
| Район | I | II | III | IV | V |
| S g кг/м 2 | 80 | 120 | 180 | 240 | 320 |
Поскольку стропильная нога подвергается изгибу от воздействия на неё нагрузок, её проверяют на прочность как изгибаемого элемента, по формуле:
М < m и R и W нт
- М — изгибающий расчётный момент;
- R и — расчётное сопротивление изгибу древесины;
- m и — коэффициент, отражающий условия работы;
- W нт — момент сопротивления данного сечения;
- R и = 130 кг/см 2 — для сосны и ели;
- m и равен 1,0 — для сечений высотой до 15 см и 1,15 — для сечений высотой более 15 см.
В индивидуальном порядке рассчитывается момент сопротивления и момент инерции для материала стропил. По полученным данным подбирается требуемый размер конструктивных элементов стропил.
Предложенный расчёт является примерным и требует дополнения в виде предельно допустимой длины опорных элементов, расстановки распорных или подпорных балок и стоек.
Пример № 1
Рассмотрим черепичную керамическую кровлю на двухскатной крыше в районе Москвы (III климатический район).
Угол наклона 27°; cos α = 0,89; шаг стропил по оси — 1,3 м; расчётный пролёт стропил — 4,4 м. Обрешётка принимается из бруса 50х60 мм.
Вес крыши на 1 м 2:
- вес кровли — 45 кг;
- вес стропильной ноги — 10 кг.
Итого: g н = 62 кг/м 2
- q = (1,1 х 62 х 0,89 + 1,4 х 126 х 0,89 2) х 1,3 = 260 кг/м.
- q н = (62 х 0,89 + 126 х 0,89 2) х 1,3 = 201 кг/м
- М = 0,125 х q х l 2 = 0,125 х 2,60 х 440 2 = 62 920 кг∙см
Момент сопротивления:
Момент инерции (I), который необходим из условия возможного прогиба f = 1/150 l; E = 100 000 кг/см 2 ; qн = 201 кг.
По специально разработанным таблицам можно определить диаметр бревна для стропил.
Диаметр бревна (см) в зависимости от W и J (для брёвен, стёсанных на один кант).
| Условные обозначения | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 |
| J | 1359 | 1828 | 2409 | 3118 | 3974 | 4995 | 6201 |
| W | 211 | 263 | 324 | 393 | 471 | 559 | 658 |
Согласно приведённой таблице определяем диаметр бревна — 18 см.
Пример № 2
Возьмём все данные от предыдущего примера, но для кровли из ондулина. Необходимо рассчитать сечение стропильной ноги из бруса.
Угол наклона 27°; cos α =0,89; шаг стропил по оси — 1,3 м; расчётный пролёт стропил — 4,4 м. Обрешётка принимается из бруса 50х60 мм.
Вес крыши на 1 м 2:
- вес кровли из ондулина — 3,4 кг;
- обрешётка — 0,05 х 0,06 х 100 х 550/25 = 7 кг;
- вес стропильной ноги — 10 кг.
Итого: gн = 20,4 кг/м 2
- q = (1,1 х 20,4 х 0,89 + 1,4 х 126 х 0,89 2) х 1,3 = 207,6 кг/м.
- qн = (20,4 х 0,89 + 126 х 0,89 2) х 1,3 = 153,3 кг/м
- М = 0,125 х q х l 2 = 0,125 х 2,08 х 440 2 = 50 336 кг∙см
Момент сопротивления:
Момент инерции (I), который необходим из условия возможного прогиба f = 1/150 l; E = 100 000 кг/см 2 ; qн = 153,3 кг.
Принимаем брус высотой 15см. Для бруса высотой более 14 см Rи = 150 кг/см 2 . Поэтому:
По таблице определяем размер сечения бруса для стропил.
Ширина (b) и высота (h) бруса в зависимости от W и J.
| Условные обозначения | ||||||||
| 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | ||
| 1829 | 2058 | 2287 | 2515 | 2744 | 2973 | 3201 | ||
| 261 | 294 | 327 | 359 | 392 | 425 | 457 | ||
| 2250 | 2531 | 2812 | 3094 | 3375 | 3656 | 3937 | ||
| 300 | 337 | 375 | 412 | 450 | 487 | 525 | ||
Принимаем для стропильной ноги брус сечением 10х15 см.
Приведённые формулы можно использовать для расчёта других покрытий крыши. При этом рассчитывается нагрузка на стропильную ногу исходя их выбранного варианта. В формулах могут меняться:
- длина стропил;
- шаг стропил;
- угол уклона крыши;
- снеговая нагрузка, которую подбирают согласно региону строительства;
- вес обрешётки.
Сопряжение стропильных ног между собой и прогоном должно быть надёжным. Это обеспечивает отсутствие разрушающего распора на стены здания. Деревянные конструкции необходимо время от времени осматривать, поэтому при сооружении наслонных стропил расстояние от отметки верха чердачного перекрытия до нижней отметки мауэрлата принимается не менее 400 мм.
Двускатные крыши и сегодня являются традицией частного домостроения. Правильное устройство крыши — это прочный, долговечный и красивый дом.
Двускатные крыши можно, пожалуй, отнести к наиболее популярным среди частных застройщиков. Их стропильная система обычно не отличается высокой сложностью как в расчётах, так и в практической реализации. Но сама по себе двускатная крыша становится весьма надежной, практичной, привлекательной внешне, а кроме того – при должном планировании позволяет полезно использовать чердачное помещение, вплоть до оборудования там полноценной жилой комнаты.
Одним из ключевых параметров при расчетах самих стропильных систем и кровельных покрытий, в том числе - нагрузок, которые будут на них выпадать в ходе эксплуатации, является угол уклона скатов. Его расчет , в принципе, несложен, но заученные еще в школе формулы имеют свойство постепенно подзабываться. Чтобы упростить себе задачу – используйте калькулятор расчета угла наклона двускатной крыши, предлагаемый в этой публикации. Несколько необходимых пояснений будет приведено ниже.