Расчёт стропильной системы: методика расчёта вручную и автоматизация

Несмотря на разнообразие материалов, применяемых для изготовления перекрытий в домах, дерево остается самым востребованным для небольших жилых сооружений с двумя или тремя этажами. Это связано с их особенными свойствами:

Основные преимущества и недостатки деревянных перекрытий

В сознании граждан сложился стереотип, согласно которому панели из сборного железобетона — единственно возможное решение для любого здания. Преодолеть его не трудно.

Достаточно перечислить преимущества деревянных балочных перекрытий:

  • Минимальная стоимость (1 м3 бруса в несколько раз дешевле 1м3 пустотных панелей);
  • Нагрузка на стены в 2-3 раза меньше, чем от панелей. Это позволяет существенно снизить расход арматуры и бетона при устройстве фундамента;
  • На небольших пролетах (до 4 метров) деревянные балки можно укладывать вручную, используя простейшие приспособления (лебедку или подъемный блок). Смонтировать тяжелые плиты без мощного крана – задача нереальная;
  • Низкая трудоемкость и высокая скорость работ (по сравнению с заливкой монолитного ж/б перекрытия);
  • Экологичность (в бетоне используется гранитный гравий, радиационный фон которого может существенно превышать норму).

Как известно, достоинства не бывают без недостатков. У перекрытий из древесины их немного:

Основные преимущества и недостатки деревянных перекрытий
  • Повышенная деформативность. Проявляется в эффекте вибрирования при хождении и образовании трещин в местах примыкания перегородок из гипсокартона;
  • Низкая огнестойкость (без специальной пропитки);
  • Относительно небольшая длина (не превышает 6 метров). У ж/б панелей она достигает 7,2 метра.

К числу недостатков данных конструкций некоторые авторы тематических статей относят образование трещин в штукатурке потолка и плохую изоляцию ударного шума. Однако, при грамотном подходе к монтажу две эти проблемы решаются просто и надежно. Для этого ниже несущих балок укладывают ряд менее толстых брусьев, специально предназначенных для подшивки потолка (гипсокартон, ОСП, вагонка, доска).

Подшивочный брус также, как и основной ставится на стену, но ниже, и к нему крепится облицовка потолка. Это решение встречается не часто, хотя оно грамотное и его история насчитывает не одно столетие, кроме отсечки структурного шума второго этажа такой вариант избавляет от трещин в потолке. Они появляются в том случае, когда балка служит опорой пола второго этажа и одновременно к ней подшивается потолок первого этажа. От вибрации и ударной нагрузки в отделке появляются трещины.

Шаг стропильной ноги в зависимости от материала

Так каждый кровельный материал имеет свои характеристики и особенности. Среди самых распространенных можно отметить:

Размер шага для самых распространенных типов покрытия рассмотрим ниже.

Шаг стропильных балок под профнастил

Если это расстояние больше, то между стропильными балками крепятся доски с большим сечением. Сечение стропильных ног под профнастил выбирается 50х100 или 150 мм.

Шаг стропильной ноги в зависимости от материала

Самое важное, что нужно учесть, собираясь крепить профнастил — это обрешетка. Делают ее из доски сечением 30х100мм, монтировать нужно с пролетом от 50 см. Зависит это от марки и толщины, которые имеет профнастил, и наклона крыши.

Так крыша в 15º профнастил марки С 10 монтируется на сплошную обрешетку, профнастил С 21 монтируется на обрешетку с пролетом 30 см. Самый крупный профнастил С 44 монтируют на обрешетку с шагом от 50 см, до 1 м. При этом перед креплением обрешетки нужно продумать свободный проход дымохода, вентиляционной вытяжки и т.п.

Шаг стропильных балок под керамическую черепицу

Специфика монтажа стропильной системы для укладки керамической черепицы связана с весом этой кровли. Изготавливают керамическую черепицу из глины, и эта кровля имеет вес больше, чем у металлочерепицы в 9-10 раз. Расчет нагрузки на стропильную систему у керамической черепицы равен 40-60 кг/м2.

Изготавливают балки для стропильной системы крыши под керамическую черепицу только из просушенного материала. Сечение подходит 50х150 или 60х180 мм. Стандартное расстояние между стропильными ногами при кровле черепицы 80-120 см. Зависит пролет от того какой уклон имеет крыша. При угле в 15º пролет между стропилами равен 80 см, при 750 через 1 м 30 см.

При вычислении шага нужно учесть длину балки. Взяв максимальную длину, расстояние между стропилами минимально. И, напротив, при минимальной длине стропил шаг максимален.

При укладке керамической черепицы важно учитывать, что по крыше нужно будет передвигаться. Максимально безопасный шаг стропильных ног для такого передвижения 80 см.

Шаг стропильной ноги в зависимости от материала

Важно при укладке керамической черепицы правильно рассчитать пролет обрешетки. Это расстояние напрямую связано с размерами кровельного материала. Стандартный лист черепицы имеет длину 40 см. Укладка происходит внахлест от 50 до 90 мм. Рассчитывая шаг обрешетки, из длины черепицы вычитается размер нахлеста. В результате выходит шаг в 305-345 мм.

Для односкатной крыши под строительство дома из профилированного бруса сделать расчет не сложно. Если крыша сложной многоскатной формы, то каждое расстояние между стропилами просчитывается на шаг обрешетки отдельно. Закрепив шнур на противоположной стороне ската кровли, легко можно выполнить разметку рядов.

Читайте также:  Плиты перекрытия своими руками. Чертеж

Особенности каркаса крыши под металлочерепицу

Металлочерепицу используют чаще, чем керамическую или профнастил. Внешне кровля напоминает керамическую черепицу, но в отличие от него, легче монтируется и более легкая.

Весит металлочерепица от 35 кг/м2 кровли. Это дает возможность облегчить конструкцию стропил, и использовать балки меньшего сечения. Шаг между стропильными ногами каркаса крыши при этом увеличивается и равен от 60 до 90 см. Брус используют сечением 50х150 мм.

Для создания вентилируемого пространства в балках под кровлей просверливают дыры диаметром в 12-13 мм.

Конструкция каркаса крыши под металлочерепицу мало чем отличается от профнастила или керамической черепицы. Но есть своя небольшая особенность: опора сверху крепиться на коньковый прогон сверху, а не сбоку как в остальных случаях. Так под металлической черепицей появится вентилируемый зазор, который исключит скопление конденсата.

Шаг стропильной ноги в зависимости от материала

Особенности стропильных ног под ондулин

Стропильные балки под ондулин ставят с расстоянием не менее 60 см, максимально 90 см. Для стропильной системы используют брус из хвойных пород древесины сечением 50х150 или 50х200 мм. Меньшее сечение не обеспечит достаточной прочности стропильным прогонам.

Обрешетку на стропила ставят из материала сечением 40х50 мм с шагом в 60 см. Этого вполне достаточно для крепления листов ондулина с нахлестом в 30 см. Крепится ондулин специальными гвоздями, которые продают в комплекте.

Особенности стропильной системы под шифер

Шифер редко используют для покрытия крыш современных домов. Но в дачном строительстве и хоз. постройках этот материал незаменим. Он имеет низкую стоимость и легко монтируется.

Стропильные ноги под шифер используются сечением 50х100 или 50х150 мм. Шаг крепления между стропилами не меньше 60 см и не более 80 см.

Обрешетку под шифер делают из брусков 50х50 мм или широкой доски 30х100 мм. Обрешетку стелют с шагов в зависимости от ската крыши. Для крутой односкатной крыши он равен 45 см. Расход получается 4 бруска на 1 лист шифера. Для пологой односкатной или двухскатной крыши 63-65 см, так расход уменьшается до 4 брусков на лист.

Шаг стропильной ноги в зависимости от материала

Отличается шаг стропильной системы под шифер конструкцией крыши. Для хоз. построек не редко монтируют односкатную.

Расчет балок перекрытия

В основу расчета сечения бруса, который послужит опорной балкой, заложено следующее правило: сечение опоры должно быть не меньше 1/25 его длины. Например, если длина бруса составляет 6 метров, то толщина его должна быть не менее 25 см. Форма помещения, над которым возводится перекрытие зачастую прямоугольной формы. Целесообразнее укладывать балки таким образом, чтобы длина их была наименее короткой. То есть опорой для их концов должны служить проемы в самых длинных стенах этого помещения. Например, если его размеры 3/6 метров, то балки следует устанавливать длиной в три метра. Но это условная цифра, так как она обозначает только ширину пролета. Сама же балка должна быть больше на 50-60 см. по той причине, что должна опираться на стены обоими концами не менее, чем на 25 см. Далее, чтобы произвести правильный расчет балок перекрытия следует учесть весовую нагрузку. Для жилых зданий ее средняя величина 400 кг/м2

Для чердачного перекрытия эта величина может быть вдвое меньшей. Далее в расчет закладывается расстояние между балками. Оно может быть как 1 метр, 75 см. или другое. Оптимальная ширина пролета для деревянных балок — 2,5- 4 метра. Лучшая форма бруса — прямоугольная, с соотношением высоты балки к ее ширине 1,4:1. Далее по специальной формуле рассчитывается максимальный изгибающий момент. Если расстояние между балками будет 1 метр, то он составит 80000 кг/см. Существуют специальные таблицы, в которых приведены средние показатели для некоторых пород дерева, учтено процентное соотношение влажности древесины, коэффициент срока ее службы и многие другие показатели. Все это можно найти на специализированных сайтах или в литературе по строительству домов. В том случае, если на балки перекрытия будут сначала опираться лаги, а потом уже доски, то следует рассчитать и сечение лаг.

Сращивание стропил по длине: простые способы удлинения пиломатериалов без ущерба для их прочности

Пример того, как из двух коротких балок можно сделать одно длинное и прочное стропило

Сращивание стропил по длине: простые способы удлинения пиломатериалов без ущерба для их прочности

Часто при сборке кровельного каркаса стандартной длины, пиломатериалов недостаточно. Эту проблему помогает решить сращивание стропил по длине. Я расскажу об актуальных способах, позволяющих правильно нарастить доски и брусья. В итоге вы сможете собрать прочные стропила нужной длины, из тех пиломатериалов, которые есть в наличии.

Краткая инструкция по установке балок чердачного перекрытия

Балки углубляются в несущие стены на 200 мм. Так как дерево соприкасается с бетоном, кирпичом, блоками и пр., края балок требуют более тщательной антисептической обработки и гидроизоляции.

Шаг 1: В кирпичной кладке сделайте монолитную ленту фундамента под укладку балок перекрытия. Это поможет надежно закрепить бруски к основанию. На основу уложите гидроизоляционное полотно.

Шаг 2: Сделайте разметку для балок, согласно проекту дома. Первым нужно установить центральный брус. Он может иметь большее сечение и служить для установки вертикальных стоек под коньковый брус.

Чтобы сократить расход теплоизоляции, соотнесите размер материала с шагом брусков перекрытия заранее. Так вы минимизируете обрезки и сделаете слой изоляции цельным, а значит, более качественным.

Шаг 3: Края балок обработайте антисептиком для древесины и оберните гидроизоляционной пленкой. Можно окунуть концы балок в битумную мастику и уложить их на слой рубероида.

Шаг 4: Выкладывайте брусья на несущие перекрытия по разметкам. С обеих сторон балки закрепите усиленными стальными уголками.

Чердачное перекрытие при холодном чердаке

Чердачное помещение может быть тёплым или холодным.

В холодном чердаке крыша не утепляется, и отопление не предусматривается. Чтобы холодный воздух из такого чердака не проникал в помещение под чердаком, чердачное перекрытие утепляют.

Однако из жилого тёплого подчердачного помещения в большей или меньшей степени тёплый воздух всё равно диффузирует (приникает) в чердак, неся с собой водяной пар. Пар поднимается выше и, сталкиваясь с холодной внутренней поверхностью крыши, превращается в конденсат. Иногда капли конденсируемой влаги настолько обильны, что, собираясь в ручейки, текут по стенам. Появляется сырость, плесень, грибок и прочие явления, ухудшающие не только влажностный и санитарный режим дома, но и разрушающие конструкции стен и крыши. Ясно, что это недопустимо.

Меры борьбы с появлением конденсата различны. Для начала нужно уменьшить, а по возможности отсечь поступление пара в объём чердака. Это делается с помощью пароизоляционных материалов, укладываемых со стороны подчердачного тёплого помещения, т. е. под утеплителем. Чердак, не используемый как жилое помещение, не требует полной звукоизоляции и высококачественной отделки пола, поэтому некоторые элементы чердачного перекрытия могут быть в него не заложены. Как решает этот вопрос одна из крупных проектных московских фирм показано на рисунке.

При желании сделать чердачное перекрытие таким же, как и междуэтажное, нужно настелить под утеплителем не любой рулонный материал (вспомним, что в обычном междуэтажном перекрытии он играл роль барьера от осыпи звукоизолирующего материала), а именно пароизоляционный.

Если пар всё-таки проникает через неплотности конструкции или иные пути, что чаще всего и происходит, то принимаются конструктивные меры: например, устраиваются продухи для проветривания крыши, о чём будет рассказано в разделе «Крыши».

При тёплом чердаке в конструкцию крыши закладывается утеплитель (подробнее об этом говорится в разделе «Крыши»), а чердачное перекрытие не утепляют.

Расчёт шага и количества стропил

Расстояние между соседними стропилами называется шагом. Это весьма значимый показатель, от которого зависят все кровельные работы — прокладка изоляционных материалов, набивка обрешётки, крепление кровельного покрытия. К тому же точно рассчитанный стропильный шаг способствует экономии при возведении крыши и безопасности в дальнейшем её обслуживании, не говоря уже о прочности конструкции и долговечности.

Чем точнее будет определён шаг стропил, тем надёжнее будет каркас крыши

Вычислить шаг стропил несложно. В интернете есть много калькуляторов, которые способны облегчить поставленную задачу и рассчитать стропильный каркас. Но мы попробуем сделать это вручную, хотя бы для того, чтобы иметь элементарное представление о стропильной системе и о том, что с ней происходит при эксплуатации.

Расчёт шага и количества стропил

Видео: каким должен быть шаг стропил

Расположение стропильных ног зависит от многих параметров, таких как:

  • конфигурация крыши — простая односкатная или сложная многоскатная;
  • угол наклона;
  • суммарные нагрузки;
  • вид утеплителя;
  • структура стропильной системы — наслонные стропила, висячие или комбинированные;
  • вид обрешётки — сплошная или разреженная;
  • сечение досок для стропил и обрешётки.

Стропила есть практически у каждой постройки, даже если это классическая пергола, где они выполняют в большей степени эстетическую миссию, оттого их шаг выбирается произвольно.

Даже самые простые постройки имеют стропила, но используются они в основном в декоративных целях, поэтому стропильный шаг выбирается произвольно с учётом стилистики строения

Расчёт шага и количества стропил

Иное дело жилые дома, крыши которых выдерживают большие нагрузки. Здесь нужно подходить к расчёту конструктивно с учётом всех влияющих на прочность показателей:

  • количество стропил высчитывается по формуле длина стены / предварительный шаг стропил + 1, дробное число округляется в бòльшую сторону;
  • окончательный шаг определяется делением длины стены на количество стропил.

Принимаем за основу рекомендуемый оптимальный шаг стропил 1 м. Тогда для стен длиной 7 м понадобится 8 пар стропил: 7 / 1 + 1 = 8, которые будут установлены с шагом 7 / 8 = 0,875 м.

Безусловно, можно увеличить шаг стропил и сэкономить на материалах, установив меньшее их количество и усилив конструкцию обрешёткой. Но здесь нужно учитывать региональные климатические нагрузки, а также вес укрывного настила — в регионах с частыми порывистыми ветрами и обильными снегами стропильный шаг следует уменьшить до 0,6–0,8 м. Это касается и тяжёлых покрытий типа глиняной черепицы. Более того, в заснеженных районах со стороны ветровых потоков допустимо монтировать одиночные стропила, но с подветренного края, где образуется снежный мешок, рекомендуется устанавливать спаренные конструкции или набивать сплошную обрешётку.

Правильное сращивание стропил по ширине (усиление) гарантирует безопасность стропильной системы в различных условиях эксплуатации

Расчёт шага и количества стропил

Видео: усиление стропил

А вот при уклоне скатов более 45° расстояние между стропилами можно увеличить до 1,5 м, поскольку снежные залежи крутым скатам не страшны, снег под собственной тяжестью сам сходит с крыши. Оттого, рассчитывая стропильную систему самостоятельно, нужно поработать с ветровыми и снеговыми картами, а не надеяться лишь на собственное мнение.

Читайте также:  Как сделать утепление пола в деревянном доме снизу из подвала?

В заснеженных регионах с умеренными ветрами желательно делать крутые скаты, уменьшая таким образом снеговую нагрузку на крышу за счёт самопроизвольного скатывания снега

В немалой степени на шаг стропил влияет качество пиломатериалов, их стойкость на изгиб и выбранное сечение. Чаще всего для устройства несущей системы используют хвойную древесину, свойства и особенности использования которой прописаны в нормативных документах. Для каркаса из других древесных пород придётся применять коэффициент перевода, обозначенный в таблице 9 книги А. А. Савельева «Конструкции крыш. Стропильные системы» (2009). Что же касается соразмерности шага стропил и сечения, то чем длиннее стропильные ноги, тем сечение досок или брёвен должно быть больше, а шаг меньше.

Зависит межстропильное расстояние также от выбора кровельного покрытия, вида обрешётки под него, размеров утеплителя, пространства между балками перекрытия и затяжками, а также от нагрузок на стропильные узлы. Необходимо принять к сведению все нюансы и уделить больше времени на расчёты, чтобы дальнейшие работы по монтажу крыши прошли без проблем.

Расчёт шага и количества стропил

Виды конструкций

Деревянные перекрытия в доме в зависимости от размера проема могут иметь разную конструкцию, которая должна выдерживать заданные нагрузки и предусматривать размещение технологических элементов, в том числе придающих жёсткость, а также различную крепёжную фурнитуру.

Сегодня деревянные перекрытия сооружаются с помощью трёх основных видов конструкций:

  • с помощью балок, самый старый из всех вид, в котором надёжность конструкции обеспечивается балками из массива квадратной или прямоугольной формы, уложенными с шагом от 60 см до 1,0 м;
  • с помощью рёбер, в котором жёсткость создаётся доской толщиной до 7 см и шириной не менее 20 см, уложенной на ребро с шагом не более 60 см;
  • балочно-ребристый, использующийся для пролётов до 15 м и состоящий из балок и перпендикулярно установленных, закреплённых к ним рёбер.

Ниже приводятся показатели каждого вида конструкций.

№ п.п.

Вид перекрытия

Пролёт перекрытия

стандарт, м

максимум, м

1

Балочные

6

15

2

Ребристые

5

12

3

Балочно-ребристые

15

Таким образом, вид конструкции перекрытия определяется для каждого проёма индивидуально.

Макет раскладки крыши

Макет является уменьшенной копией крыши, по нему можно определить оптимальную высоту конька и угол наклона скатов по отношению к размерам здания. Схема стропильной системы вальмовой крыши, выполненная в виде чертежа с указанием размеров и расположением элементов стропильной группы, называется макетом раскладки. На таких схемах указывается местоположение, длина и высота конькового прогона, а также размеры и количество основных, диагональных и нарожных стропил.

На схеме стропильной системы указываются размеры элементов, место их установки, способ монтажа и углы наклона стропильных ног

На чертеже указывается способ крепления деталей, углы и размеры врезки, шаг стропил и схема обустройства карнизного свеса. По схеме можно произвести расчёт количества материалов, раскрой и поштучную раскладку деталей на месте монтажа.

Необходимо учесть, что расчётные данные нуждаются в практической проверке, поэтому перед изготовлением шаблонов для раскроя деталей нужно произвести пробную стыковку основных и диагональных стропил.

Основание эксплуатируемой плоской кровли

В данном типе конструкции нагрузку несет основание, которое может состоять из бетонных плит, монолитной конструкции или профилированных металлических листов. Устройство основания требует тщательного проектирования и проверки угла наклона, в том случае если он предусмотрен. Современные специалисты рекомендуют предусматривать уклон плоской кровли в пределах от 2% до 2,5%. Такой уклон позволит обеспечить правильный сток воды с крыши. Данный параметр следует учитывать при устройстве кровельного основания.

Пароизоляционный слой

Основание эксплуатируемой плоской кровли

На основание укладывается пароизоляционный слой, который будет защищать кровельный пирог от воздействия пара, образовывающегося во внутренней части конструкции. Слой может быть выполнен из полимерно-битумного или битумного материала. При устройстве данной части кровельного пирога необходимо позаботиться о герметизации слоев и швов.

Пароизоляционный слой может быть выполнен с помощью одного из двух видов материалов – пленочного и наплавляемого. В первом случае используется пленка из полипропилена или полиэтилена, а во втором случае — битум. Наплавляемая пароизоляция считается более надежным вариантом, так как имеет большую толщину. При укладке пленочной пароизоляции следует помнить о том, что данный материал менее прочный, поэтому может разрываться в местах образования швов.

Основные требования к пароизоляционному материалу:

  • Высокий показатель устойчивости к проникновению пара. Данный показатель напрямую зависит от плотности материала.
  • Степень негорючести. Для устройства пароизоляции рекомендуется использовать абсолютно негорючие материалы.

Теплоизоляционный слой

Основание эксплуатируемой плоской кровли

На пароизоляционный слой укладывается утеплитель, который позволяет создать оптимальный климат внутри помещения. Именно от этого слоя зависит, насколько тепло будет сохраняться в помещении в зимнее время года, и прохлада – в летнее время. Теплоизоляцией для плоской кровли являются специальные материалы, основой которых являются минеральная вата, пенопласт или экструдированный полистирол.

Для утепления эксплуатируемой плоской крыши используются только теплоизоляционные материалы в виде плит. Крепление теплоизоляционных материалов может быть выполнено следующими способами: механическим, клеевым. При механическом креплении утеплителя используются специально предназначенные дюбеля, при клеевом – битум. Клеевой способ используется только в том случае, если основание выполнено из бетонных плит.