Сбор нагрузок на кровлю и стропила

Сбор нагрузок на кровлю и стропила

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

Данное мероприятие регламентируется СНиПом 2.01.07-85* (СП 20.13330.2011) «Актуализированная редакция» [1].

Сбор нагрузок на кровлю производится в следующем порядке:

1. Определение собственного веса конструкций крыши.

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

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

2. Определение снеговой (временной) нагрузки.

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

Нормативное значение снеговой нагрузки можно определить по формуле 10.1 [1]:

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

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

μ — коэффициент, принимаемый в соответствии с пунктом 10.4 и приложением Г [1] в зависимости от вида и угла наклона кровли. Он позволяет перейти от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие. Например, для следующих углов наклона односкатной и двускатной кровли коэффициент μ имеет значения:

Остальные значения определяются по методу интерполяции.

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

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

3. Определение ветровой нагрузки.

Расчет нормативного значения ветровой нагрузки производится в соответствии с разделом 11.1 [1]. Теорию здесь расписывать не буду, так как весь процесс описан в СНиПе.

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

4. Определение эксплуатационной (временной) нагрузки.

В том случае, если Вы захотите использовать крышу как место для отдыха, то Вам необходимо будет учесть нагрузку равную 150 кг/м2 (в соответствии с таблицей 8.3 и строкой 9 [1]).

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

5. Переход от нормативной к расчетной нагрузке.

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

Что касается нагрузок от собственного веса конструкций крыши и ее покрытия, то здесь коэффициент надежности принимается по таблице 7.1 и пункту 8.2.2 [1].

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

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

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

6. Суммирование.

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

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

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

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

Теперь для наглядности рассмотрим два примера сбора нагрузок на кровлю.

Пример 1. Сбор нагрузок на односкатную монолитную железобетонную кровлю.

Исходные данные.

Район строительства — г. Нижний Новгород.

Конструкция крыши — односкатная.

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

Размеры дома — 10х9 м.

Высота дома — 8 м.

Тип местности — коттеджный поселок.

Конструкций, задерживающих снег на крыше, не предусмотрено.

1. Монолитная железобетонная плита — 100 мм.

2. Цементно-песчаная стяжка — 30 мм.

4. Утеплитель — 100 мм.

5. Нижний слой гидроизоляционного ковра.

6. Верхний слой наплавляемого гидроизоляционного ковра.

Сбор нагрузок.

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

— монолитная ж/б плита (ρ=2500 кг/м3) толщиной 100 мм

— цементно-песчаная стяжка (ρ=1800 кг/м3) толщиной 30 мм

— пенополистирол (ρ=35 кг/м3) толщиной 100 мм

Примечание: вес паро- и гидроизоляции не учитывается в связи с их малым весом.

Источник:
http://svoydomtoday.ru/krovlya/214-sbor-nagruzok-na-krovlyi-stropila.html

Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш

От собственного веса несущих конструкций крыши.

На начальном этапе сбора нагрузок определяется ориентировочно: вес деревянной обрешётки 10–12 кг/м²; наслонных деревянных стропил и деревянных прогонов 5–10 кг/м²; висячих деревянных стропил, несущих только холодную кровлю 10–15 кг/м².

Совокупность нагрузок.

Зимой на стропильную систему крыши могут действовать одновременно все нагрузки: от веса снега, собственного веса стропильной системы, кровли, утеплителя и давления ветра. В другое время часть этих нагрузок исчезает, например, давление от веса снега, тем не менее, стропила рассчитывают на полную совокупность нагрузок. И после их арифметического сложения умножают на коэффициент надежности 1,1. Другими словами, крыша рассчитывается на самые неблагоприятные условия работы и при этом закладывается дополнительная десятипроцентная прочность (коэффициент 1,1). В старых нормах коэффициент надежности для снеговых нагрузок составлял 1,4. В связи со значительным изменением (увеличением) нормативных значений давлений от веса снега, этот коэффициент в новом СНиПе не указывается его уже учли в нормативах по весу снега и даже с большим значением. Включать его в расчет не нужно.

Как уже говорилось, расчет несущей конструкции крыши (стропил, прогонов и обрешетки) ведется по двум предельным состояниям: на разрушение и прогиб.

  • Расчет на разрушение производится на полную нагрузку, действующую на крышу. Она называется расчетной нагрузкой и включает в себя полный вес снега принятый по таблице 1 с учетом наклона скатов, ветровую нагрузку, зависящую от высоты здания и угла наклона скатов, собственный вес крыши (стропил, прогонов, обрешетки, утепления и подшивки).
  • Расчет на прогиб ведется для той же суммы нагрузок, но вес снега принимается с понижающим коэффициентом 0,7. Эта нагрузка называется расчетной нормативной нагрузкой или просто нормативной нагрузкой.

Для правильного расчета стропильной системы должны быть собраны два варианта нагрузок действующих по площади (расчетная и нормативная) и переведены в линейные нагрузки.

Приведение нагрузок действующих по площади к нагрузкам действующим на метр длины конструкций крыши.

Все вышеприведенные нагрузки определяются по СНиПам и техническим характеристикам применяемых материалов. Эти нагрузки показывают общее давление от веса снега, слоев кровли и давления ветра и измеряются в килограммах на квадратный метр (кг/м²). Однако в конструкции крыши имеются несколько несущих конструкций: решетины, стропила, прогоны. Каждая из них работает только на ту нагрузку, которая давит непосредственно на нее, а не на крышу в целом. Все перечисленные несущие элементы крыши — это линейные конструкции и должны рассчитываться на давление, действующее на каждый метр длины этого элемента, то есть единица измерения кг/м² должна быть переведена в единицу измерения кг/м.

На каждую отдельно взятую стропилину давит только та нагрузка, которая расположена над ней. Значит, совокупную равномерно распределенную нагрузку нужно умножить на шаг установки стропил (рис. 1). Изменением ширины шага установки стропил, а следовательно, изменением площади сбора нагрузки над стропилом можно увеличивать или уменьшать нагрузку.

рис. 1. Приведение нагрузки действующей по площади к линейной нагрузке.

Обычно шаг установки стропил выбирают конструктивно в зависимости от размеров здания. Например, на стене длиной 6 м можно разместить стропила с шагом в 1 м, в этом случае потребуется 7 стропилин. Однако длина стены в 6 м также хорошо делится и на шаг 1,2 м, тогда получится 6 стропилин или на шаг 1,5 м — потребуется 5 стропилин. Для такой длины стен можно применить шаг установки и в 2, и в 3 м, но будет нужна усиленная обрешетка. Обычно шаг установки стропил не делают более 2 м, а для утепленных крыш его принимают равным размерам плит утеплителя 0,6, 0,8, 1,2 м. Другими словами, шаг установки стропил назначается в каждом конкретном случае свой, в зависимости от длины стен здания так, чтобы на ней разместилось целое число стропильных ног и расстояние между ними было одинаковым. Единственным критерием выбора шага стропил может быть только экономический. Нужно просчитать несколько вариантов установки стропил, найти их сечение и сравнить расход материалов. Наименьшая материалоемкость, при прочих равных, указывает на верность выбранного шага установки стропил.

С шагом установки решетин все обстоит несколько иначе, тут нельзя произвольно взять и изменить между ними расстояние. Чаще всего расстояние между решетинами зависит от применяемого кровельного материала, поэтому он задается строго определенных размеров, а сечение решетин подбирается расчетом. Нагрузка на каждый брусок или доску обрешетки определяется аналогично расчетной нагрузке на стропила, путем произведения нормативной нагрузки на шаг установки решетин.

Читайте также  Профнастил для забора І профлист заборный І выбрать профнастил для забора

Место установки прогонов назначается конструктивно и/или после расчета шага и сечения стропил. Они рассчитываются на сосредоточенные силы от давления стропил. Кроме обрешетки, стропил и прогонов, в конструкции крыш имеются и другие несущие элементы, такие как подкосы (подстропильные ноги) и стойки.

Пример сбора нагрузок.

Дано. Регион строительства Сергиево-Посадский р-н Московской обл. Высота строения — 10 м. Двухскатная мансардная крыша с уклоном скатов 30°. Кровля из металлочерепицы по сплошной обрешетке. Мансарда изнутри утеплена теплоизоляцией URSA М-20 толщиной 18 см и обшита одним слоем гипсокартона толщиной 12,5 мм.

По карте районирования снегового покрова (рис. 3) или карте СНиП 2.01.07-85 определяем, что давление от веса снега для расчета по первой группе предельных состояний составляет 180 кг/м², для расчета по второй группе предельных состояний — 126 кг/м².

По рисунку 5 видим, что крыша с наклоном скатов до 30° включительно, накапливает снеговые мешки на подветренном скате. Увеличение веса снега характеризуется коэффициентом µ=1,25. Следовательно, вес снегового покрова должен быть увеличен на эту величину. Тогда для расчета по первой группе предельных состояний вес снега составит 180×1,25=225 кг/м², а для расчета по второй группе предельных состояний — 126×1,25 = 157,5 кг/м².

По картам районирования средней скорости ветра и температуры января (рис. 6 и 7) видим, что снег с крыши ветром сдуваться не будет, тем более, что это не позволяет сделать и уклон крыши, превышающий 12°. Следовательно, коэффициент учитывающий сдувание снега будет равен с=1. Таким образом, получаем окончательные величины снеговых нагрузок по формулам:

Qр.сн=Q×µ×c=180×1,25×1=225 кг/м² — для первого предельного состояния (на прочность)
Qн.сн=0,7Q×µ×c=0,7×180×1,25×1=157,5 кг/м² — для второго предельного состояния (на прогиб)

По карте районирования ветрового давления (рис. 9) определяем, что давление ветра на крышу будет составлять Wо=32 кг/м², а коэффициент k(z)=0,65, для местности типа Б. Далее по рисунку 10 определяем, что на скаты крыши будет действовать подъемная сила уменьшающая давление ветра, эта величина характеризуется несколькими коэффициентами с. Однако мы эти понижающие коэффициенты использовать не будем, поскольку нам достоверно неизвестно какой из скатов будет с подветренной, а какой с наветренной стороны, поэтому примем с=1
Таким образом, получаем нагрузку от давления ветра равную:

W = Wо×k(z)×c=32×0,65×1=20,8 кг/м²

По техническим характеристикам и теплотехническому расчету рассчитываем вес строительных материалов используемых для строительства крыши:

металлочерепица — 5 кг/м²;
обрешетка — 12 кг/м²;
утеплитель — 4 кг/м²;
гипсокартон — 10,6 кг/м²

Собственный вес стропильной системы временно определяем равным 10 кг/м². В последующих расчетах, когда будет определено сечение конструктивных элементов (стропил) нагрузку нужно будет вновь пересчитать с учетом появившихся размеров стропил.

Теперь можно суммировать все нагрузки для расчета по двум предельным состояниям:

Qр=225+20,8+5+12+4+10,6+10=288 кг/м² — для расчета на прочность
Qн=157,5+20,8+5+12+4+10,6+10=220 кг/м² — для расчета на прогиб

Для получения окончательных данных по нагрузкам увеличим их на 10%, умножим на коэффициент надежности 1,1

Qр=288×1,1=317 кг/м² — для расчета на прочность
Qн=220×1,1=242 кг/м² — для расчета на прогиб

Вот эти цифры и будем использовать для дальнейших расчетов.

Пример приведения нагрузок действующих на 1 м² к нагрузкам действющим на 1 пм.

Дано: для двух типов предельных состояний имеем нагрузки Qр и Qн действующие на 1 м² крыши равными 317 и 242 кг/м². Шаг стропил b=1,2 м.
Решение.
Нагрузку нужно умножить на шаг установки конструктивного элемента ( в данном случае, шаг стропил).

qр=Qр×b=317 кг/м²×1,2 м=381 кг/м
qн=Qн×b=242 кг/м²×1,2 м=291 кг/м

Те же нагрузки, шаг стропил b=0.8 м

Решение.
qр=Qр×b=317 кг/м²×0,8 м=254 кг/м
qн=Qн×b=242 кг/м²×0,8 м=194 кг/м

Те же нагрузки, шаг стропил b=1 м

Решение.
qр=Qр×b=317 кг/м²×1 м=317 кг/м
qн=Qн×b=242 кг/м²×1м=242 кг/м
Аналогично определяются нагрузки и на другие конструктиыные элементы крыши, например, на прогоны, бруски или доски обрешетки.

Источник: «Конструкции крыш. Стропильные системы» Савельев А.А.

Оставляя комментарий Вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности

Источник:
http://mainstro.ru/nagruzki-dejstvuyushhie-na-nesushhuyu-konstrukciyu-skatnyx-krysh/

Правильный расчет стропильной системы крыши

Если вас интересуют только вычисления, а не теория – вы можете быстро выполнить расчет стропильной системы на онлайн-калькуляторе без специальных навыков.

Вы можете себе представить человека без костей? Точно так же скатная крыша без стропильной системы больше похожа на строение из сказки про трех поросят, которую запросто сметет природной стихией. Крепкая и надежная система стропил – залог долговечности конструкции крыши. Чтобы качественно сконструировать систему стропил, необходимо выявить и рассчитать параметры, влияющие на прочность предполагаемой конструкции.

Например, необходимо принять во внимание изгибы крыши, уклон скатов, аэродинамические коэффициенты, коэффициенты на неравномерное распределение снега по поверхности, силы воздействия на конструктивные элементы крыши и так далее. Рассчитать все это максимально приближенно к реальной ситуации, а также учесть все нагрузки и искусно собрать их сочетания – задача не из легких.

Если хотите разобраться досконально – список полезной литературы приведен в конце статьи. Конечно, курс сопромата для полного понимания принципов и безукоризненного расчета стропильной системы в одну статью не уместить, поэтому приведем основные моменты для упрощенной версии расчета.

Классификация нагрузок

Нагрузки на стропильную систему классифицируются на:

    1. Основные:
      • постоянные нагрузки – вес самих стропильных конструкций и крыши,
      • длительные нагрузки – снеговые и температурные нагрузки с пониженным расчетным значением (используются при необходимости учета влияния длительности нагрузок, при проверке на выносливость),
      • переменное кратковременное влияние — снеговое и температурное воздействие по полному расчетному значению.
    2. Дополнительные – ветровое давление, вес строителей, гололедные нагрузки.
    3. Форс-мажорные – взрывы, сейсмоактивность, пожар, аварии.

Для осуществления расчета стропильной системы принято рассчитывать предельные нагрузки, чтобы затем, исходя из подсчитанных величин, определить параметры элементов стропильной системы, способных выстоять против этих нагрузок.

Расчет стропильной системы скатных крыш производится по двум предельным состояниям:

      • Предел, при котором происходит разрушение конструкции. Максимально возможные нагрузки на прочность конструкции стропил должны быть меньше предельно допустимых.
      • Предельное состояние, при котором возникают прогибы и деформация. Возникающий прогиб системы при нагрузке должен быть менее предельно возможного.

Для более простого расчета применяется только первый способ.

Расчет снеговых нагрузок на крышу

Формула расчета снеговой нагрузки: Ms = Q × Ks × Kc, где

  • Ms – снеговая нагрузка;
  • Q – масса снегового покрова, покрывающая 1м 2 плоской горизонтальной поверхности крыши.

Последнее, зависит от территории и определяется по карте, для второго предельного состояния – расчет на прогиб (при расположении дома на стыке двух зон, выбирается снеговая нагрузка с большим значением).

Для прочностного расчета по первому типу величина нагрузки выбирается соответственно району проживания по карте (первая цифра в указанной дроби – числитель), либо берется из таблицы №1:

Первое значение в таблице измеряется в кПа, в скобках нужная переведенная величина в кг/м2.

Ks – поправочный коэффициент на угол наклона кровли.

      • Для крыш с крутыми склонами с углом более 60 градусов снеговые нагрузки не учитываются, Ks=0 (снег не скапливается на круто скатных крышах).
      • Для крыш с углом от 25 до 60, коэффициент берется 0,7.
      • Для остальных он равен 1.

Kc – коэффициент ветрового сноса снега с крыш. При условии пологой крыши с углом ската 7-12 градусов в районах на карте со скоростью ветра 4 м/с, Kc принимается = 0.85. На карте отображено районирование по скорости ветра.

Коэффициент сноса Kc не учитывается в районах с январской температурой теплее -5 градусов, так как на крыше образуется ледяная корка, и сдува снега не происходит. Не учитывается коэффициент и в случае закрытия здания от ветра более высокой соседней постройкой.

Снег ложится неравномерно. Зачастую с подветренной стороны формируется так называемый снеговой мешок, особенно в местах стыков, изломов (ендова). Следовательно, если вы хотите прочную крышу, делайте шаг стропил минимальным в этом месте, также внимательно относитесь к рекомендациям производителей кровельного материала – снег может обломить свес, если он неправильных размеров.

Напоминаем, что расчет, приведенный выше, предложен вашему вниманию в упрощенной форме. Для более надежного расчета советуем умножить результат на коэффициент надежности по нагрузке (для снеговой нагрузки = 1,4).

Расчет ветровых нагрузок на стропильную систему

С давлением снега разобрались, теперь перейдем к расчетам ветрового влияния.

В независимости от угла ската, ветер сильно воздействует на крышу: крутоскатную кровлю старается сбросить, более плоскую кровлю – поднять с подветренной стороны.

Для расчета нагрузки ветра во внимание принимают его горизонтальное направление, при этом он дует двунаправленно: на фасад и на крышной скат. В первом случае поток разбивается на несколько – часть уходит вниз к фундаменту, часть потока по касательной снизу вертикально давит на свес крыши, пытаясь ее поднять.

Во втором случае, воздействуя на скаты крыши, ветер давит перпендикулярно скату, вдавливая его; также образуется завихрение по касательной с наветренной стороны, огибая конек и превращаясь в подъемную силу уже с подветренной стороны, в связи с разницей в давлении ветра с обеих сторон.

Для подсчета усредненной ветровой нагрузки используют формулу: Mv = Wo x Kv x Kc x коэффициент прочности,

где Wo – нагрузка ветровая давления, определяемая по карте

Источник:
http://kalk.pro/articles/roofs/raschet-stropilnoj-sistemy/

Как рассчитать стропильную систему крыши

Скатная система кровли является наиболее популярной среди частных застройщиков. Наклонная поверхность обеспечивает эффективный отвод воды и снега, на ней не задерживается грязь и мусор. Вместе с тем эта конструкция имеет довольно сложное устройство. Главным условием ее устойчивости, прочности и долговечности является правильный расчет стропильной системы. Это процедура, для осуществления которой нужно иметь множество различных данных, касающихся свойств материала изготовления, формы крыши и климатических условий. Провести расчет стропил можно и самостоятельно. Для этого нет необходимости обращаться в проектную фирму, но времени потратить придется немало. Ошибки в ту или иную сторону чреваты катастрофическими последствиями для здания и риском для здоровья его жильцов.

Классификация нагрузок на стропильную систему

Самый простой по устройству двускатный каркас состоит из таких деталей:

  • стропило — является основным элементом, на котором устанавливается утепление, гидроизоляция и обрешетка;
  • мауэрлат — мощный брус, укладываемый на внешние стены в качестве упора для стропил;
  • обрешетка — рейки, на которые укладывается кровельное покрытие;
  • прогон — брус, обеспечивающий продольную устойчивость несущих фрагментов;
  • лежень — принимает часть нагрузки от стоек на мауэрлат;
  • стойка — вертикальные опоры перераспределяющие давление от стропил между лежнем и мауэрлатом;
  • подкос — предназначен для подпорки стропильной ноги и предотвращения ее провисания под вертикальным давлением.
Читайте также  Узлы крепления стропильной системы кровли

Чтобы правильно рассчитать стропила, необходимо ознакомиться с составляющими нагрузки, которая воздействует на любую крышу.

Классификация внешних факторов, влияющих на стропильные конструкции:

  • Основные. Подразделяются на постоянные и длительные. К постоянным относится вес самого каркаса, утеплителя, гидроизолятора, мембраной пленки и крепежных приспособлений. Длительные — вес снега, который лежит на поверхностях более одного часа. Также, скаты испытывают нагрузки от стекающей по ней воды во время интенсивного ливня.
  • Дополнительные. Здесь подразумевается влияние на конструкцию значительного объема льда, сильных порывов ветра и веса мастеров в процессе проведения монтажных и ремонтных работ.
  • Форс-мажорные. Принимаются во внимание экстремальные факторы, длящиеся в течение краткого отрезка времени. К ним относится взрыв, ураган, землетрясение или оползень, возникновение пожара.

Для расчета стропильной системы двухскатной крыши берутся величины, максимально приближенные к предельным. Исходя из сопоставления полученных данных вычисляется сечение стропил, расчет шага стропил, устанавливается высота и наклон крыши.

Нагрузки, действующие на крышу и формулы их расчета

Сбор нагрузок на кровлю представляет собой процесс, в котором для получения условий задачи, необходим ряд исходных данных. Они рассчитываются экспериментально или берутся из статистики.

За основу берутся такие виды нагрузок:

  • Снеговые. Получаются из приложений к картам. Информация в таблицы вносится по усредненным результатам многолетних наблюдений. Для крыш с наклоном до 25º нагрузка составляет в пределах 80-560 кг/м² для снеговых районов I-VIII категорий с шагом 80. При крутизне скатов 30-55º вводится понижающий коэффициент 0,5-0,7.
  • Ветровые. Эти данные также получают по справочным таблицам, заполненным по статистической информации. Расчет проводится в кгс/м² по климатическим зонам и типам местности. Нагрузка составляет 17-85 кгс/м² для местности типов I-VIII. Оказывает влияние на результат и высота здания. Чем больше оно возвышается над землей, тем больше коэффициент, который составляет 0,75-1,25 для домов 5-15 м.

Чтобы посчитать потребность материала и составить грамотный чертеж стропильной системы, нужно найти достоверные данные, обобщить их, а затем свести в единую формулу. При этом в проекте имеет значение каждый нюанс — угол кровли, частота установки, длина и толщина стропил.

Расчет сечения стропильной ноги и затяжки

Проектируя каркас для крыши, в расчет берутся предельные нагрузки между началом деформации конструкции до ее полного разрушения. Большое значение для правильного расчета конфигурации остова крыши имеет ее тип и градус уклона. В каждом случае на покрытие действует сразу несколько сил.

Имеющиеся в СНИП таблицы следует применять для вычисления таких параметров скатной системы:

  1. Небольшой угол уклона (покатая крыша). Когда он меньше 25º, на стропила больше действует сила тяжести панелей, утеплителя и самого каркаса. При этом ветровая нагрузка стремится поднять кровлю и оторвать ее от мауэрлата. При плоской конструкции допускается провисание не более 0,05%, а длина стропил должна быть минимальной. Достижение необходимой устойчивости осуществляется за счет уменьшения размера выноса и дополнительной фиксации к стенам дома.
  2. Крутая крыша со сложной формой. Здесь давление на изгиб стропил оказывается минимальное, так как они располагаются под углом к горизонтальным конструкциям. Но сооружение испытывает намного большее давление от воздушных масс, которые стремятся ее опрокинуть. Так называемая парусность является основным врагом крыш с крутыми скатами.

Чтобы вычислить длину и сечение стропил в зависимости от пролета, необходимо воспользоваться такими таблицами:

  • Толщина снегового покрова. С учетом изменений климата следует ориентироваться на максимальные исторические показатели. Взять нужную информацию можно в местном подразделении гидрометцентра или органе власти.
  • Среднегодовая температура. Больше нужно обращать внимание на зимний период. Нельзя исключать возможность обильных осадков с последующим похолоданием. Такие явления приводят к образованию наледи и скоплению на крыше большого объема снега. Именно это чаще всего становится причиной разрушения стропил.
  • Роза ветров. Воздушные потоки оказывают сильное отрывное или вертикальное воздействие на покрытие. Следует учитывать и направление ветра, чтобы придать крыше наиболее оптимальную с точки зрения аэродинамики конфигурацию и расположение относительно сторон света.
  • Прочность (степень прогибаемости) древесины. В большинстве случаев используется ель и сосна. Лиственница и кедр более прочные, но намного тяжелее и дороже, поэтому практически не применяются. 1 сорт ели и сосны выдерживает нагрузку 140 кг/см², 2 сорт — 130 кг/см², а 3 сорт — 85 кг/см². Из этого можно понять, что экономить на материалах не стоит.
  • Вес конструкционных материалов. Речь идет об обрешетке, утеплителе, гидроизоляции и мембране. Если делается мансарда, учитывается вес внутренней отделки потолка и стен, которые закрепляются на стропильной системе.

На основании сопоставления данных делаются расчеты потребности материалов и составляется смета обустройства кровли.

Данный документ состоит из следующих пунктов:

  • мауэрлат;
  • стропильные фермы;
  • обрешетка;
  • контробрешетка;
  • лежни;
  • стойки;
  • опоры;
  • стяжки;
  • прогоны;
  • подкосы;
  • карнизные узлы свеса кровли, фронтонных выносов;
  • сопряжения с трубами, дымоходами и вентиляционными каналами;
  • конструкций под мансардные или вентиляционные окна;
  • крепежные элементы.

Смету нужно рассчитывать с резервом 10-15% на ошибки, обрезки, потери при транспортировке, хранении, проведении грузоподъемных работ.

Учет климатической карты региона

Даже самые надежные материалы имеют определенный запас прочности. На стропила действуют силы различной направленности. С одной стороны, это вес всего сооружения за вычетом массы самих несущих деталей. К вертикальному давлению добавляются массы снега и рабочих, которые могут ремонтировать покрытие, устанавливать на крыше различные сооружения типа антенны, флюгера или флагштока. Здесь нужно обратиться к разделу климатических карт, которые касаются осадков.

С другой стороны, нельзя недооценивать влияние температуры на все элементы крыши. Как сильное охлаждение, так и нагрев, приводит к их деформации. Это становится причиной отклонений несущих конструкций от технологических осей, что существенно ослабляет их несущую способность. Способ решения проблемы — увеличить толщину стропил в соответствии с температурным разделом технологической карты.

Следует помнить о главной опасности для крыш большой площади — ветре. Информацию о направлении и скорости движения воздушных масс можно найти в каждом атласе, где по каждому региону есть подробная климатическая информация.

Строительные нормы

В соответствии с положениями СНИП II-26-76 шаг и сечение стропил определяют расчетом в зависимости от действующих нагрузок. Размер шага и форма стропил определяется по таблицам, изложенным в документе.

Состоит он из следующих разделов:

  1. Общие положения.
  2. Нормы и правила строительства (обязанности должностных лиц, принимающих участие в разработке и осуществлении проекта).
  3. ГОСТы для строительства – правила проведения проектных работ, особенности строительства для каждого региона.
  4. Правила выполнения, сдачи и приемки работ. Все необходимые к выполнению пункты.

Следуя требованиям, указанным в нормативном акте, можно составить проект, который ненамного будет уступать документу от профессионалов.

Примеры расчета наклонных систем

Основой прочности и надежности каркаса для кровли является правильное определение сечения и шага стропил. Следует учитывать и конфигурацию утеплителя. Для рулонных и плитных материалов оптимальным является расстояние, соответствующее их ширине. Для средней полосы России при длине ската 500 см и шаге стропила 60 см берется брус сечением 50×175 мм, а при увеличении интервала — 50×200 мм. Однако эти рекомендации относительны, следует заранее узнать все коэффициенты и применить их на практике.

Можно рассчитать параметры стропильной системы по формуле с заранее собранными данными:

  1. Снеговая нагрузка: S расч = 199 кг/м²×1,4 = 278,6 кг/м².
  2. Ветровая нагрузка: Wрасч = 28,02 кг/м²×1,4 = 39,23 кг/м².
  3. Постоянная нагрузка: Gрасч = 53,11кг/м²×1,1 = 58,42 кг/м².

Остается ввести коэффициенты прочности крыши под углом 35 градусов с шагом стропил 900 мм из сосны I сорта, высотой до конька 7м с профнастилом в качестве кровельного материала. Результат будет такой: стропила сечением 125х200 мм.

Источник:
http://strojdvor.ru/krupnye-konstrukcii/raschet-stropilnoy-sistemy/

Стропильная система крыши с учетом нагрузок

Стропильная система крыши — одна из важнейших конструкций дома, которая требует при проектировании и монтаже учета ветровых, снеговых и постоянных нагрузок от кровельного пирога.

На начальных этапах проектирования дома у заказчика уже имеется определенное видение формы крыши и того, каким кровельным материалом она будет покрыта. Выбрав металлочерепицу, битумную черепицу или иной финишный материал, в дальнейшем не рекомендуется его радикально менять. Это обусловлено тем, что конструкция стропильной системы просчитывается в том числе с учетом веса и несущей способности кровельного материала.

Стропильная система крыши должна быть смонтирована в соответствии со строительными нормами. Вся конструкция должна рассчитываться так, чтобы с учетом кровельного материала крыша выдерживала снеговую и ветровую нагрузки, собственный вес, вес теплоизоляционных материалов и внутренней обшивки. Все перечисленные нагрузки и их расчет для крыши подробно рассмотрены в данном обзоре.

Нагрузки на крышу

В зависимости от продолжительности действий нагрузки на крышу подразделяются на два вида:

К постоянным нагрузкам относится собственный вес крыши, который складывается из:

  • Веса стропильной системы и обрешетки.
  • Кровельного материала.
  • Веса теплоизоляционного слоя (если кровля утеплена).
  • Веса отделочных материалов внутренней стороны кровли (на мансардных этажах).

Временные нагрузки на крышу подразделяются на:

  • Длительные — снеговые нагрузки и температурные климатические воздействия с пониженными нормативными значениями.
  • Кратковременные — снеговые нагрузки и температурные климатические воздействия с полным нормативным значением, ветровые нагрузки, гололедные нагрузки, нагрузки от людей и ремонтных материалов (возникают во время монтажа, ремонта и обслуживания крыши)
  • Особые — сейсмическое воздействие на стропильную систему.

Перейдем к детальному анализу каждого типа нагрузки.

Нагрузка от кровли

На силовую конструкцию крыши существенное влияние оказывает ее собственный вес. И в данном пункте подробно рассмотрено влияние на нагрузку от кровли таких постоянных составляющих, как кровельный материал, теплоизоляционный слой и внутренняя отделка.

Для покрытия скатных крыш могут применяться следующие материалы:

  • Металлочерепица.
  • Керамическая черепица.
  • Цементно-песчаная черепица.
  • Мягкая битумная черепица.
  • Оцинкованная сталь с фальцами.
  • Волнистые асбестоцементные листы (шифер).
  • Волнистые битумные листы (ондулин).
  • Гонт (дранка).

У каждого вида кровельного материала свой вес из расчета на квадратный метр. С учетом веса и конструкционных особенностей материала подбирается оптимальный и допустимый угол наклона крыши.

Чем плотнее материал и герметичнее способ его укладки, тем меньше может быть уклон крыши и наоборот — чем мельче размеры (например черепица), тем круче должна быть крыша. Также существует зависимость, в которой с увеличением веса кровли увеличивается и угол наклона стропильной системы.

Рассмотрим рекомендуемые уклоны скатных крыш в зависимости от массы кровельного материала:

Угол ската крыши может выражаться как в градусах, так и в процентах и дробью (отношение высоты крыши к пролету). Измерить угол ската смонтированной крыши можно при помощи специального инструмента (уклономер, транспортир, строительные уровни с поворотными линейками, лазерные измерители). Когда же речь идет о создании новой кровли, то для определения и задания нужного уклона удобно пользоваться дробным отношением высоты конька к длине пролета.

Уклон кровли = Высота в коньке, м ⁄ Половина пролета, м. Если нужно выразить в процентном отношении, то: Уклон кровли = (Высота в коньке, м ⁄ Половина пролета, м) × 100.

Следующая схема с указанием кровельных материалов наглядно показывает уклон крыши как в градусах, так и в отношении высоты к пролету:

Рассмотрев таблицу и схему, стоит отметить, что вес кровельного материала из одной группы может отличаться. Производители имеют свои технологии производства, и их продукция отличается толщиной, составом. Поэтому при выборе конкретного материала стоит изучить техническую документацию.

Если помещения под крышей планируется делать жилыми, то в состав кровельного пирога добавляется слой утеплителя. И нагрузка от утеплителя рассчитываются исходя из его толщины и удельного веса.

Таблица удельного веса разных видов утеплителя:

В нежилых (холодных) чердаках утепляется только перекрытие, и в этом случае утеплитель не учитывается в расчете нагрузки на крышу.

Нагрузку оказывает и отделка внутренней части мансардной крыши. В зависимости от применяемого материала (гипсокартон, фанера, вагонка) меняется и вес обшивки, воздействующей на стропильную систему.

Для расчета нагрузки от обшивки внутренней части кровельного пирога необходимо объемный вес используемого материала умножить на его толщину. В качестве примера рассмотрим обшивку крыши изнутри влагостойкими гипсокартонными листами толщиной 12,5 мм (0,0125 м). Объемный вес гипсокартона 850 кг ⁄ м³ умножаем на 0,0125 м и получаем значение 10,6 кг ⁄ м².

Стропильная система и обрешетка крыши в разрезе нагрузок

В данном пункте рассмотрена очередная составляющая постоянных нагрузок — вес стропильной системы и обрешетки. И прежде чем приступать к раскрытию вопроса, следует выделить основные элементы стропильной системы крыши:

Раскрывая вопрос нагрузок от кровли в разрезе стропильной системы особое внимание стоит уделить подбору сечения, шага стропил и обрешетки. С задачей определения оптимальных параметров стропильных ног справится простая в использовании программа «Стропила 1.0.1.». Поэтому далее более детально будет рассмотрена тема обрешетки крыши.

Чтобы определить требуемый вид и шаг обрешетки, необходимо заранее определиться с видом кровельного покрытия:

  • Обрешетку для металлочерепицы монтируют из брусков 40 (50) × 50 мм или 60 × 60 мм, которые укладываются на определенном расстоянии друг от друга. Обычно шаг обрешетки составляет 35 — 40 см (зависит от длины волны).
  • Для битумной черепицы или рулонного кровельного материала делается сплошной настил из досок, влагостойкой фанеры или влагостойкой ориентированно-стружечной плиты (ОСП, OSB).
  • Под кровли из крупноразмерного асбесто-цементного шифера шаг обрешетки подбирается так, чтобы под каждым листом оказалось как минимум три решетины (обычно шаг обрешетки составляет 60 см).
  • Под волнистые битумные листы (ондулин) шаг обрешетки выбирается в зависимости от уклона: 45 см для уклонов от 1 : 6 до 1 : 4, 60 см для уклонов более 1 : 4, сплошная обрешетка для уклонов менее 1 : 6.
  • Под кровли из малоразмерных штучных элементов (керамическая черепица) шаг обрешетки принимается таким, чтобы каждая черепица ложилась на две решетины.

Рекомендуемая толщина сплошного настила обрешетки:

Древесина обрешетки перед монтажом должна быть высушена, иначе стропильная конструкция может подвергнутся деформации и порче кровли.

Вес деревянной конструкции стропильной системы рассчитывается исходя из выбранного материала и его объема. Для элементов из хвойных пород дерева объемный вес 1 м³ принимается равным 500 — 550 кг ⁄ м³. Объемный вес фанеры или OSB (ОСП) ≈ 600 — 650 кг ⁄ м³.

Снеговая нагрузка на кровлю

Снеговая нагрузка на кровлю определяется произведением расчетного значения веса снегового покрова на 1 м² горизонтальной поверхности земли, принимаемого в соответствии с картой районирования по весу снегового покрова и коэффициента (μ) перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Районирование территории Российской Федерации по весу снегового покрова:

Значения снеговой нагрузки в зависимости от региона:

Коэффициент μ зависит от угла наклона ската кровли:

  • μ = 1 при углах наклона ската кровли менее 25° (1 : 2,5).
  • μ = 0,7 при углах наклона ската кровли от 25° (1 : 2,5) до 40° (1 : 1,3).
  • μ = 0,66 для скатов крыши с углом наклона 40° (1 : 1,3).
  • μ = 0,5 для скатов с углом наклона 45° (1 : 1).
  • μ = 0,33 для скатов с уклоном 50° (1 : 0,85).
  • μ = 0 при углах скатов равных или больше 60° (1 : 0,55).

Снижение и увеличение снеговых нагрузок также зависит от направления ветра. Например, на двухскатных крышах с углом скатов от 20° до 30° с наветренной стороны будет лежать 75%, а с подветренной — 125% от того количества снега, который лежит на горизонтальной поверхности земли.

Слой снега, превышающий среднюю нормативную толщину, скапливается в ендовах и местах с близко расположенными слуховыми окнами. Во всех этих местах для дополнительной прочности устанавливаются спаренные стропильные ноги и сплошная обрешетка. Также здесь делаются подкровельные подложки из оцинкованной стали вне зависимости основного кровельного покрытия.

Скопление снега, образующееся с подветренной стороны, постепенно сползает и давит на свес крыши. Поэтому свес кровельного материала без обрешетки не должен превышать размеры, рекомендуемые изготовителями. Например для шиферной кровли свес материала, выходящего за границы стропильной системы, не должен превышать 10 см.

Ветровая нагрузка на кровлю

Направление преобладающего ветра определяется по розе ветров для конкретного региона строительства. Данная информация важна, так как:

  • При боковом давлении ветра воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания. У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, а другая — по касательной ударяет в карнизный свес.
  • Ветровой поток, воздействующий скат крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает воздух с подветренной стороны и устремляется прочь.

В итоге на крыше возникают три силы, способные сорвать ее и опрокинуть:

  • Две касательные с наветренной стороны.
  • Подъемная сила с подветренной стороны, образующаяся от разности давлений воздуха.
  • Еще одна сила (нормальная) от давления ветра воздействует перпендикулярно склону и старается вдавить скат крыши внутрь.

В зависимости от угла скатов нормальные и касательные силы изменяют свое значение. Чем круче крыше, тем большее значение принимают нормальные силы и меньшее касательные. Высокую крышу ветер старается опрокинуть.

На пологих влияние сил изменяется и преобладают касательные силы. Пологую крышу ветер старается приподнять, сорвать и унести.

Нормативное значение средней составляющей ветровой нагрузки (Wm) определяется по формуле:

Wm = Wo × k(z) × c, где:

  • Wo — расчетное значение ветрового давления по карте районирования территории.
  • k(z) — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для конкретных высот(z).
  • c — аэродинамический коэффициент, учитывающий изменение направления давления нормальных сил в зависимости от того, с какой стороны находится скат по отношению к ветру (подветренной или наветренной).

Рассмотрим каждую составную часть формулы и начнем с районирования территории по давлению ветра:

Таблица определения ветровой нагрузки местности:

Источник:
http://poweredhouse.ru/stropilnaya-sistema-kryshi-nagruzki-na-kryshu/

Сбор нагрузок на кровлю пример таблица

Имеется плита покрытия здания, расположенного в III снеговом районе. Немного усложним задачу, и рассмотрим не просто покрытие здания, а покрытие ресторана, где установлены столики для посетителей (в хорошую погоду клиенты могут выйти и подышать свежим воздухом). Требуется определить все необходимые данные о нагрузках, действующих на данное покрытие.

Решение

Не будем тратить время на сбор постоянных нагрузок от плиты покрытия и «пирога» кровли (подробный пример подсчета постоянной нагрузки представлен в Пример 1.1 Сбор нагрузок на плиту перекрытия жилого здания ), примем для удобства, что их нормативное и расчетное значения равны, соответственно: q1 = 7,0 кН/м2; q1р = 8,1 кН/м2.

Вес снегового покрова на 1 м2 горизонтальной поверхности земли для III снегового района согласно табл .1 статьи Снеговые нагрузки равен Sg = 1,8 кПа, при плоском покрытии коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие равен μ = 1,0, тогда нормативная кратковременная снеговая нагрузка составит:

ν1 = S0 = 0,7*μ*Sg = 0,7*1,0*1,8 = 1,26 кН/м2.

Расчетное значение кратковременной нагрузки от снега получаем умножением ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке γt = 1,4

ν1р = ν1*γt = 1,26*1,4 = 1,76 кН/м2.

Длительную нагрузку от снега получаем путем умножения ее полного значения на коэффициент 0,7, т.е:

р1 = 0,7*ν1 = 0,7*1,26 = 0,88 кН/м2;

р1р = р1*γt = 0,88*1,4 = 1,23 кН/м2.

В теплое время года данный участок будет занят посетителями ресторана. По табл.1 статьи Нагрузки от людей, мебели и оборудования (полезные нагрузки) принимаем значение полной нормативной нагрузки от людей не менее 3,0 кПа (3,0 кН/м2). Учитывая коэффициент надежности по ответственности здания γн = 1,0, итоговая кратковременная нагрузка от людей составляет:

ν2 = 3,0*γн = 3,0*1,0 = 3,0 кН/м2.

Длительную нагрузку от людей получаем путем умножения ее полного значения на коэффициент 0,35, т.е:

р2 = 0,35*ν2 = 0,35*3,0 = 1,05 кН/м2;

р2р = р2*γt = 1,05*1,2 = 1,26 кН/м2.

Все полученные данные запишем в Таблицу 1.

Теперь запишем основные сочетания нагрузок. Поскольку посетители на данном участке покрытия будут находится только в теплое время года, мы должны рассмотреть два варианта загружения покрытия: собственный вес покрытия и кровли + полезная нагрузка от людей, и второй вариант: собственный вес покрытия и кровли + снег и выбрать тот, при котором получаются максимальные нагрузки для расчета плиты на прочность.

Таблица 1.

Сбор нагрузок на плиту покрытия

Источник:
http://spravkidoc.ru/news/primer-1-2-sbor-nagruzok-na-plitu-pokrytiya.html