Стропильная система крыши с учетом нагрузок

Определение массы снега и нагрузки по СНиП

Чтобы пресечь разрушение кровельных конструкций крыши, при ее проектировании осуществляются расчеты нагрузки от зимних осадков.

1. Удельный вес обычного снега равен 100 кг/м ³.
2. Если он мокрый, то его плотность достигает 280 кг/м³.
3. Масса слежавшегося наста достигает 500 кг/м³.
4. Кубический метр льда весит 916 кг.

Зная, сколько весит снег, можно спроектировать несущие конструкции крыши, которые его выдержат.

Особенности определения нагрузки от снеговых масс

Расчет несущей конструкции кровли производится при помощи способа выявления предельных состояний:

1. Первое из них возникает, если из-за нагрузок была потеряна несущая способность сооружения, и оно разрушается. Расчет конструкции при этом производится на максимум возможных воздействий.

Результат неправильного расчета нагрузки от снега — крыша обвалилась от его тяжести.

Данное положение описывается формулой Q≤R. Это значит, что напряжения, появляющиеся в сооружении от нагрузок, не должны быть больше максимально допускаемых.

1. 22222Второй вид предельного состояния появляется от слишком сильных деформаций при статической либо динамической нагрузке. Сооружение недопустимо прогибается, сочленяющие узлы в нем могут раскрываться. Крыша не приходит в негодность полностью, но требует ремонта.

Стропильная система выдержала снеговую массу, но покрытие придется ремонтировать.

Данное положение описывает формула F≤Fн. Это означает, что возникающее при нагрузке прогибание сооружения не должно быть выше допустимых значений.

Для нагрузок от зимних осадков каркас кровли рассчитывается по первой категории предельных состояний. Тут учитывается вся масса снега Q. Это значение называется расчетной нагрузкой и обозначается как Qр.н.

Для вычислений по второй категории предельных состояний снеговая масса берется с понижающим коэффициентом 0,7. Иными словами — расчет производится при нагрузке составляющей 0,7∙Q. Этот показатель указывается как Qр.н.н. (расчетное значение по норме нагрузки).

Влияние угла уклона кровли на вычисления

Влияние розы ветров на снеговую шапку — на подветренном скате кровли она гораздо больше.

Исходя из наклона кровли и ветровой нагрузки, снега на ней бывает больше либо меньше, чем на горизонтальной поверхности грунта. При буранах, метелях его частички уносятся воздушными потоками на подветренную сторону, где и оседают.

Таблицу и карту для расчета можно найти в этом своде правил.

Повышение и понижение снеговой нагрузки на кровлю, на которую влияют роза ветров и уклон скатов, учитывает коэффициент µ. СНиП №2.01.07/85 определяет такие его величины:

• если угол наклона кровли равен меньше 25˚, то данная величина составляет 1;
• когда уклон равен 25–60˚, то берется параметр 0,7;
• при наклоне скатов больше 60 градусов коэффициент не используется.

Как производятся вычисления

Толщина снежного слоя определяется над горизонтальной поверхностью земли. Затем эта величина перемножается на коэффициент 1,5.

Для учета по районам России используется таблица из СП №20.13330/2011. В ней указывается нормативная масса слоя снега над горизонтальной поверхностью почвы:

Снеговой район РФ	1	2	3	4	5	6	7	8
Q, кг/м² (кПа)	80 (0,8)	120 (1,2)	180 (1,8)	240 (2,4)	320 (3,2)	400 (4)	480 (4,8)	560 (5,6)

Также применяется специальная карта из того же свода правил, указывающая снеговые районы РФ:

Карта снеговых районов России.

По ней видно, что, например, в Московской области масса снежного покрова составляет 126/180 кг/м².

Чем уклон скатов крыши больше, тем меньше на ней лежит снега, так как он сходит с нее под собственной тяжестью. При параметре более 60˚ снег на кровле вообще не задерживается. То есть µ=0.

На крутой крыше снега практически не остается, он сползает с нее.

Для промежуточных величин наклона крыши коэффициент определяется способом усреднения. Например:

• для скатов, наклоненных под углом в 50˚, коэффициент µ составляет 0,33;
• для 45˚ — 0,5;
• для 40˚ — 0,66.

Нужные для выбора сечения и шага монтажа стропил, расчетная и нормативная нагрузки от массы снега, вычисляются при умножении полной нагрузки от его веса на коэффициент µ:

1. Qр.н.=Q∙µ — для первой категории предельных состояний;
2. Qр.н.н.=(0,7∙Q)∙µ — для второйгруппы.

При расчетах в первом случае полная снеговая нагрузка ищется в таблице из СП №20.13330/2011. При вычислениях во втором случае табличная величина массы снежного слоя перемножается на 0,7. Можно этого и не делать, а определить нагрузку по карте из свода правил, учитывающей типы местности.

Ветровые потоки

Расчет ветровой нагрузки учитывает направление господствующих ветров. При фронтальном направлении ветра происходит столкновение с фасадной частью здания и крышей. У вертикальной поверхности поток создаёт вихревые разнонаправленные векторы, — происходит деление на нижнюю, боковую и вертикальную составляющие:

1. нижнее направление – самое безопасное для здания, так как все усилия направлены в сторону фундамента, то есть одной из самой прочной и массивной части дома.
2. боковые составляющие воздействуют на фасадные части здания, окна, двери.
3. вертикальный поток направлен прямо на свес крыши и создаёт подъёмное усилие, стремящееся приподнять кровлю, сдвинуть её с места.

Атака ветрового потока, направленная на скат крыши, образует три усилия, влияющие на расчет ветровой нагрузки, стремящиеся сдвинуть кровлю:

• касательное, скользящее вдоль кровли, огибающее конёк и, захватывая свободные молекулы воздуха, уходящее прочь, стремясь, при этом, опрокинуть крышу;
• перпендикулярное скату кровли, создавая давление, способное вдавить элементы кровли внутрь конструкции крыши;
• и, наконец, из-за разницы давлений воздушной массы (с наветренной стороны образуется зона высокого давления, а с подветренной стороны – низкого), в верхней, подветренной, стороне строения образуется подъемная тяга, как у крыла самолета, стремящаяся поднять крышу.

Ветер и распределение снега на двух скатах

В тех регионах, где средняя скорость ветра все три зимних месяца превышает 4 м/сек, на пологих крышах и с уклоном от 7 до 12 градусов снег частично сносится и здесь его нормативное количество следует слегка уменьшить, умножив на 0,85. В остальных случаях он должен быть равен единице, либо его можно не использовать, что вполне логично.

В таком случае ваша формулу теперь будет иметь такой вид:

• расчет на прочность Q_р.cн = q×µ×c;
• расчет на прогиб Q_н.cн = 0,7q×µ×c.

Накопление снега на крыше также напрямую зависит от ветра. Значение имеет форма крыши, как она расположена относительно преобладающих ветров и какой угол наклона ее скатов (не в плане того, как легко съезжает снег, а в плане того, легко ли ветру его сносит).

Из-за всего этого снега на крыше может быть как меньше, чем на плоской поверхности земли, так и больше. Плюс на обоих скатах одной крыши может быть абсолютно разная высота снежной шапки.

Поясним подробнее последнее утверждение. Например такое нередкое явление, как метель, постоянно переносит снежинки на подветренных сторону. И этому препятствует конек крыши, который, задерживая ветер, уменьшает скорость движения снежных потоков и снежинки оседают больше на одном скате, чем на другом.

Получается, что с одной стороны крыши снега может лежать меньше, чем в норме, а с другой – намного больше. И это тоже нужно учитывать, ведь получается, что в таком случае на одном из скатов собирается почти вдвое больше снега, чем на земле!

Для расчета такой снеговой нагрузки применяется такая формула: для двускатных крыш с углом наклона 20 градусов, но меньше 30, процент накопления снега будет равен 75% с наветренной стороны и 125% – с подветренной. Этот процент высчитывается от количества снежного покрова, который лежит на плоской земле. Значение всех этих коэффициентов указано в нормативном документе СНиР 2.01.07-85.

И, если вы определили, что ветер в вашем регионе будет создавать ощутимую разницу снежного покроя на разных скатах, то с подветренной стороны нужно будет устроить спаренные стропил:

Если же у вас вообще нет данных по розе ветров местности, или они не точны, тогда отдайте предпочтение максимальной нагрузке, чтобы подстраховаться – так, как-будто оба ската вашей крыши находятся с подветренной стороны и на них всегда будет больше снега, чем на земле.

Так что происходит потом со снеговым мешком с подветренной стороны? Он постепенно сползает и давит уже на свес кровли, пытаясь его сломать. Вот почему по правилам свес кровли должен быть равен укреплен, в зависимости от кровельного его покрытия.

К слову, если ваша крыша еще и имеет перепад высот, вам будет полезно посмотреть этот видео-урок:

https://youtube.com/watch?v=wyrVPdi3gfU

Расчёт нагрузки на стропила двускатной крыши

Для постройки наклонной кровли необходим несущий прочный каркас, к которому будут крепиться все остальные элементы. При разработке проекта выполняется расчёт требуемой длины и площади поперечного сечения стропильного бруса и других частей стропильной системы, на которые будут действовать переменная и постоянная нагрузки.

Для расчёта системы нужно учитывать особенности местного климата

Нагрузки, которые действуют постоянно:

• масса всех элементов конструкции крыши, таких, как кровельный материал, обрешётка, гидроизоляция, теплоизоляция, внутренняя обшивка чердака или мансарды;
• масса оборудования и различных предметов, которые крепятся стропилам внутри чердака или мансарды.

Переменные нагрузки:

• нагрузка, создаваемая ветром и выпавшими осадками;
• масса работника, который выполняет ремонт или очистку.

К переменным нагрузкам также относятся сейсмическая нагрузка и другие виды особых нагрузок, которые предъявляют дополнительные требования к конструкции кровли.

От ветровой нагрузки зависит угол наклона ската

В большинстве областей Российской Федерации остро стоит проблема снеговой нагрузки — стропильная система должна воспринимать выпавшую массу снега без деформации конструкции (требование наиболее актуально к односкатным крышам). При уменьшении угла наклона крыши снеговая нагрузка возрастает. Обустройство односкатной крыши с близким к нулевому углом наклона требует установку стропил, имеющих большую площадь поперечного сечения, с маленьким шагом. Также постоянно потребуется выполнять её очистку. Это относится и к крышам с углом наклона до 25о.

Снеговая нагрузка рассчитывается по формуле: S = Sg × µ, где:

• Sg — масса снегового покрова на плоской горизонтальной поверхности размером 1 м2. Значение определяется согласно таблицам в СНиП «Стропильные системы» исходя из требуемой местности, в которой ведётся строительство;
• µ — коэффициент, учитывающий угол наклона ската кровли.

При угле наклона до 250 значение коэффициента составляет 1,0, от 25о до 60о — 0,7, свыше 60о — значение снеговых нагрузок в расчётах не участвует.

Количество осадков влияет на расчёт крыши

Ветровая нагрузка рассчитывается по формуле: W = Wo × k, где:

• Wo — величина ветровой нагрузки, определяемая согласно табличным значениям, учитывая характер местности, где ведётся строительство;
• k — коэффициент, который учитывает высоту постройки и характер местности.

При высоте постройки, равной 5 м, значение коэффициентов составляет kА=0,75 и kБ=0,85, 10 м — kА=1 и kБ=0,65, 20 м — kА=1,25 и kБ=0,85.

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:

1) Стропильная нога — важная часть стропильной системы на которой крепится обрешетка. Сечение стропильной ноги зависит того из чего она изготовлена, веса обрешетки и кровельного материала, а так же возможных снеговых и ветровых нагрузок.

2) Коньковый прогон — это формирующий верхнюю часть крыши брус, на который упираются стропильные ноги.

3) Стойка — это опирающиеся на лежни столбики, которые удерживают коньковый прогон.

4) Подкос — диагональный конструкционный элемент, предназначенный для соединения стропил и передачи от них напряжений сжатия.

5) Лежень — горизонтально расположенное бревно (брус), подложенное под основные элементы стропильной системы.

6) Мауэрлат — элемент из бруса (бревна), уложенный сверху в тех частях наружной стены, где происходит опирание стропил.

7) Обрешетка — решетчатая конструкция поверх стропил, усиливающая пространственную структуру крыши и являющаяся основанием для крепления кровельного материала.

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: 

Шаг стропил, мм	Толщина фанеры, мм	Толщина OSB, мм	Толщина досок, мм
600	12	12	20
900	18	18	23
1200	21	21	30
1500	27	27	37

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.

На основе каких факторов нужно производить расчет

Чтобы расчет стропильной системы производился правильно, нужно определить интенсивность нагрузок на крышу. Такие нагрузки делятся на несколько типов:

Конструкция стропильной системы. Для того, чтобы каркас был прочным деревянные стропильные ноги прочно опираются на наружные стены через — мауэрлат (продольный брус).

1. Постоянного характера. Это нагрузка, которая постоянно будет воздействовать на стропильную систему. к ней относится собственный вес кровли, обрешетки, гидроизоляции и пароизоляции, утеплителя и других элементов, которые образуют неизменную величину со стабильным фиксированным весом.
2. Переменные. Это нагрузки, определяющиеся климатическими факторами: ветром и его интенсивностью, количеством снега и других осадков. Они воздействуют на стропильный брус только временами.
3. Особые. В этом виде нагрузок учитывают экстремальные проявления климатических факторов или их повышенную интенсивность. Этот вид нагрузок обязательно нужно учитывать на территориях, где вероятны сейсмическая активность, ураганы или штормовой ветер.

Учесть все эти факторы одновременно, особенно если вы делаете это в первый раз, достаточно тяжело. Ведь нужно не только учесть нагрузки, но также вес и прочность, которые имеет стропильный брус, способ крепления досок между собой, другие величины. Многие думают, что эту работу может облегчить программа расчета стропил, однако это не совсем так. Подобные программы оперируют уже высчитанными данными по нагрузкам, которые придется выдержать стропильной системе. Поэтому, проведя самостоятельный расчет, вы прочувствуете все конструктивные особенности крыши, которую будете возводить.

Расчет постоянных нагрузок

Схемы нормативных снеговых нагрузок. Если уклон крыши больше 60 градусов, снеговая нагрузка в расчет стропильной системы не принимается.

Прежде чем определить, какой будет длина стропил, нужно понять, на что ориентироваться. Поэтому правильно начинать с простого, то есть с определения веса самой конструкции кровли. Для этого вы должны просчитать, каким будет вес одного кв. м каждого слоя. Сначала нужно изучить технические характеристики материала, который должен быть, обычно там указывается необходимая величина. После того как все данные получены, складываете все величины между собой и увеличиваете результат на 10 %, тем самым задавая запас прочности стропильной системе. Лучше подбирать материалы так, чтобы на один кв. м площади крыши не приходилось более 50 кг веса.

Расчет снеговой нагрузки

Чтобы предпринять дальнейший расчет стропил, следует перейти к просчетам переменных нагрузок, а конкретно – снеговой, так как многие местности испытывают длительное влияние снежных зим. И тяжесть снега, воздействующего на крышу, не должна сломать брус, использованный в качестве стропильной ноги.

Рассчитывается этот вид нагрузки по формуле: вес снега на 1 кв.м × корректирующий коэффициент = полная снеговая нагрузка. Первая величина является усредненным значением и меняется в зависимости от регионального расположения дома. Корректирующий коэффициент необходимо взять из СНиП 2.01.07-85. Этот результат стоит тоже увеличить на 10 %, тем самым создав запас прочности.

Расчет ветровой нагрузки

Схема ветровых нагрузок. Они зависят от района, где стоит дом.

Данный показатель очень важен для наклонных конструкций, которыми являются скаты крыши. При малых углах наклона возникает опасность разрушения кровли, а при больших – очень велико давление ветра по всей поверхности ската, так что высоту кровли нужно продумывать как можно тщательнее. Формула расчета выглядит так: показатель региона × коэффициент = ветровая нагрузка. Для определения показателя региона существует таблица значений, коэффициент изменяется в зависимости от высоты дома и местности вокруг (лес, степь, высотные дома). Узнать точные значения этих двух величин можно в том же СНиПе, так как они должны быть подходящими для вашего проекта.

Самостоятельный расчёт

Есть пять основных факторов, которые влияют на несущую способность односкатной крыши:

1. Угол наклона ската.
2. Тип кровельного материала.
3. Климат в регионе, где возводится дом.
4. Размеры строения и крыши.
5. Виды материалов для теплоизоляционного пирога.

Необходимо отметить, что два первых параметра между собой взаимосвязаны. Существуют определённые нормативы, которые обозначают – при каком угле наклона, какой кровельный материал может быть использован. К примеру:

• шифер или штучная черепица – минимальный наклон ската 22°;
• профнастил — 12°;
• металлочерепица — 14°;
• ондулин — 6°;
• битумная черепица — 11°;
• рулонные материалы в три слоя – 3–5°, в два — 15°.

То есть, производя расчёт односкатной крыши надо в первую очередь решить, какой у кровли будет покрытие. Исходя из этого, принимать решение относительно наклона ската.

Что касается климатических условий, то здесь за основу берутся две позиции: нагрузка снежная и ветровая. Оба значения относятся к временным нагрузкам, так как действуют не постоянно. Но учитывать их надо обязательно. Для этого применяют специальные формулы.

Снеговая нагрузка

Вот её формула:

S = Sg * µ, где Sg – это нормативная масса снежного покрова на 1 м² плоскости ската, µ — поправочный коэффициент, в основе которого лежит угол наклона односкатной крыши. Для наклона до 25°, коэффициент равен «1», выше этого значения – «0,7», выше 60° коэффициент не учитывается.

Ветровая нагрузка

Формула такая:

W = Wo * k, где Wo – норматив, действующий в определённом регионе, k – поправочный коэффициент, учитывающий высоту расположения крыши над землёй, тип местности, место застройки (открытые или закрытое).

Необходимо понимать, что обе нагрузки не учитывают частные ситуации. К примеру, резкий сильный порыв ветра, которые в районе застройки случаются крайне редко. Или выпавшая за одни сутки месячная норма снега. Поэтому рекомендуется в процессе расчёта стропил и остальных элементов односкатной крыши увеличить конечное значение на 15–20%.

Добавим, что нормативные значения снеговой и ветровой нагрузки можно найти в свободном доступе в интернете. Они могут быть графическими или табличными.

Нагрузка от кровельного материала

Две предыдущие нагрузки относятся к категории «временных». Но есть так называемые постоянные, которые в первую очередь ложатся в расчёты стропил односкатной крыши. По сути, в этой конструкции постоянная нагрузка – это кровельный материал, а точнее, его вес с учётом на 1 м² поверхности ската.

Сложность расчёта этого вида нагрузки заключается в том, что у некоторых материалов в расчёт берётся не фактическая площадь, а реальная (в основном полезная). Все дело в том, что большинство кровельных материалов укладываются на обрешётку крыши с нахлестом, который сокращает площадь покрытия, но увеличивает вес изделий с учётом давления на 1 м² покрываемой поверхности. При этом надо обязательно учитывать всю со свесами и карнизами, выступами с боков.

Определение давления снега на кровлю по СНиП

При появлении необходимости определить, какая нагрузка от снега на крышу существует в данном регионе, сразу возникает масса вопросов. Прежде всего, каким образом можно узнать величину снежного покрова? Прямое измерение линейкой полезной информации не даст – каждая зима имеет свои особенности, бывают малоснежные сезоны, когда уровень осадков меньше обычного.

Величина снегового воздействия может быть определена с помощью приложений СНиП. Существует карта РФ, в которой очерчены и пронумерованы все регионы, имеющие одинаковую величину снежного покрова. Рассмотрим актуальную на сегодня редакцию этого приложения:

Карта СНИП РФ с регионами, имеющими одинаковую величину снежного покрова Источник stroy-okey.ru

Для определения снегового давления на кровлю надо отыскать интересующую точку на карте и выяснить, к какому снеговому району она принадлежит. Затем используем таблицу:

Снеговые районы РФ	Величина нагрузки кг/м²
1	80
2	120
3	180
4	240
5	320
6	400
7	480
8	560

Если площадь крыши известна, то определить вес снега не составит труда – надо просто разделить ее на табличное значение для данного региона. Но полученное значение показывает нагрузку на горизонтальную плоскость. Для учета угла наклона используется поправочный коэффициент. Он найден опытным путем и имеет следующие значения:

• При угле наклона до 25° – 1.
• При угле наклона от 25 до 60° – 0,7.
• При угле наклона более 75° – 0.

Нулевое значение поправочного коэффициента принято потому, что считается, что такой наклон обеспечивает самостоятельный сход снега со скатов, и давление отсутствует. Для таких крыш нередко используют снегозадержатели, препятствующие слишком массированному сходу снега.

Снегозадержатели препятствуют массированному сползанию снега Источник umnik.spb.ru

Ветровая нагрузка.Нагрузки, действующие на несущую конструкцию скатных крыш

При боковом давлении ветра воздушный поток сталкивается со стеной и крышей здания (рис. 1). У стены дома происходит завихрение потока, часть его уходит вниз к фундаменту, другая по касательной к стене ударяет в карнизный свес крыши. Ветровой поток, атакующий скат крыши, огибает по касательной конек кровли, захватывает спокойные молекулы воздуха с подветренной стороны и устремляется прочь.

Таким образом, на крыше возникают сразу три силы, способные сорвать ее и опрокинуть — две касательные с наветренной стороны и подъемная сила, образующаяся от разности давлений воздуха, с подветренной стороны. Еще одна сила, возникающая от давления ветра, действует перпендикулярно склону (нормаль) и старается вдавить скат крыши внутрь и сломать его.

В зависимости от крутизны скатов нормальные и касательные силы изменяют свое значение. Чем больше угол наклона ската кровли, тем большее значение принимают нормальные силы и меньшее касательные, и наоборот, на пологих крышах большее значения принимают касательные, увеличивая подъемную силу с подветренной и уменьшая нормальную с наветренной стороны.

рис. 1. Ветровые нагрузки, возникающие от давления воздушных масс

Расчетное значение средней составляющей ветровой нагрузки w в зависимости от высоты z над поверхностью земли следует определять по формуле: Wр = W×k(z)×c, где W — расчетное значение ветрового давления, определяется по карте приложения в «Изменениях к СНиП 2.01.07-85» (рис. 2); k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления для высоты z, определяется по таблице 2; c — аэродинамический коэффициент, учитывающий изменение направления давления нормальных сил в зависимости от того с какой стороны находится скат по отношению к ветру, с подветренной или наветренной стороны (рис 3).

рис. 2. Районирование территории Российской Федерации по расчетному значению давления ветра

Высота z, м	А	Б	В
не более 5	0,75	0,5	0,4
10	1,0	0,65	0,4
20	1,25	0,85	0,55
Типы местности: А – открытые побережья морей, озер и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи, тундра; Б – городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; В – городские районы с плотной застройкой зданиями высотой более 25 м

рис. 3. Значения аэродинамических коэффициентов ветровой нагрузки

Знак «плюс» у аэродинамических коэффициентов определяет направление давления ветра на соответствующую поверхность (активное давление), знак «минус» — от поверхности (отсос). Промежуточные значения нагрузок следует находить линейной интерполяцией. При затруднении в использовании таблиц 3 и 4 изображенных на рисунке 10, нужно выбирать наибольшие значения коэффициентов для соответствующих углов наклона скатов крыш.

Крутые крыши ветер старается опрокинуть, а пологие — сорвать и унести. Для того чтобы этого не произошло нижний конец стропильных ног крепят проволочной скруткой к ершу, забитому в стену (рис. 4). Ерш — это металлический штырь с насечкой против выдергивания, который изготавливают кузнечным способом. Поскольку достоверно неизвестно с какой стороны будет дуть сильный ветер, стропила прикручивают по всему периметру здания через одно, начиная с крайних, — в районах с умеренными ветрами и каждое — в районах с сильными ветрами. В некоторых случаях этот узел может быть упрощен: ерш не устанавливается, а проволока с выпущенными концами закладывается в кладку стен в период их возведения. Такое решение допустимо, если оба конца проволоки выпускается внутрь чердака и не портят внешний вид фасада здания. Обычно для крепления стропил используется стальная предварительно отожженная (мягкая) проволока диаметром от 4 до 8 мм.

рис. 4. Пример решения карнизного узла наслонных стропил скатной крыши/

Общая устойчивость стропильной системы обеспечивается раскосами, подкосами и диагональными связями (рис. 5). Устройство обрешетки также способствует общей устойчивости стропильной системы.

рис. 5. Пример обеспечения пространственной жесткости стропильной системы

Оставляя комментарий Вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности

Расчет деревянных элементов покрытия: обрешетки и стропильной ноги

1. Расчет несущих элементов покрытия

Стропильные ноги рассчитывают как свободно лежащие балки на двух опорах с наклонной осью. Нагрузка на стропильную ногу собирается с грузовой площади, ширина которой равна расстоянию между стропильными ногами. Расчетная временная нагрузка q должна быть расположена на две составляющие: нормальную к оси стропильной ноги и параллельно к этой оси.

2.1.1. Расчет обрешетки

Принимаем обрешетку из досок сечением 50´50 мм (r = 5,0 кН/м), уложенных с шагом 250 мм. Древесина — сосна. Шаг стропил 0,9 м. Уклон кровли 35 0 .

Расчет обрешетки под кровлю ведется по двум вариантам загружения:

а) Собственный вес кровли и снег (расчет на прочность и прогиб).

б) Собственный вес кровли и сосредоточенный груз.

1.Принимаем бруски 2-го сорта с расчетным сопротивлением R_u=13 МПа и модулем упругости Е=1´10 4 МПа.

2.Условия эксплуатации Б2 (в нормальной зоне), m_в=1; m_н=1,2 для монтажной нагрузки при изгибе.

4.Плотность древесины r=500 кг/м 3 .

5.Коэффициент надежности по нагрузке от веса оцинкованной стали g_f=1,05; от веса брусков g_f=1,1.

6.Нормативный вес снегового покрова на 1м 2 горизонтальной проекции поверхности земли S=2400 Н/м 2 .

Расчетная схема обрешетки

Сбор нагрузки на 1м.п. обрешетки, кН/м

где S — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной

поверхности земли, принимаемое по табл. 4 , для IV снегового рай-

m — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к

снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый по п. 5.3 – 5.6 .

При загружении балки равномерно распределенной нагрузкой от собственного веса и снега наибольший изгибающий момент равен:

При углах наклона кровли a³10° учитывают, что собственный вес кровли и обрешетки равномерно распределен по поверхности (скату) крыши, а снег — по ее горизонтальной проекции :

M_x = M cos a = 0.076 cos 29 0 = 0.066 кН´м

M_y= M sin a = 0.076 sin 29 0 = 0.036 кН´м

Прочность брусков обрешетки проверяют с учетом косого изгиба по формуле:

где M_x и M_y — составляющие расчетного изгибающего момента относительно главных осей X и Y.

R_y=13 МПа — расчетное сопротивление древесины изгибу.

g_n=0,95 — коэффициент надежности по назначению.

Момент инерции бруска определяем по формуле:

Прогиб в плоскости, перпендикулярной скату:

Прогиб в плоскости, параллельной скату:

где Е=10 10 Па — модуль упругости древесины вдоль волокон.

Проверка прогиба:

где

При загружении балки собственным весом и сосредоточенным грузом наибольший момент в пролете равен:

Проверка прочности нормальных сечений:

где R_y=13 МПа — расчетное сопротивление древесины изгибу.

g_n=0,95 — коэффициент надежности по назначению.

Условия по первому и второму сочетаниям выполняются, следовательно принимаем обрешетку сечением b´h=0,05´0,05 с шагом 250 мм.

2.1.2. Расчет стропильных ног

Рассчитаем наслонные стропила из брусьев с однорядным расположением промежуточных опор под кровлю из оцинк. кр. железо. Основанием кровли служит обрешетка из брусков сечением 50

=0,25 м =1,0 м

Район строительства – г. Вологда.

Расчетная схема стропильной ноги

Бруски обрешетки размещены по стропильным ногам, которые нижними

концами опираются на мауэрлаты (100

Производим сбор нагрузок на 1 м 2 наклонной поверхности покрытия, данные заносим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2Сбор нагрузки на 1м.п. стропильной ноги, кН/м

где S — нормативное значение веса снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной поверхности земли, принимаемое по табл. СНиП 4 , для IV снегового района S = 2,4 кПа;

m — коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие, принимаемый по п. 5.3 – 5.6 .

Производим статический расчет стропильной ноги как двухпролетной балки, нагруженной равномерно распределенной нагрузкой. Опасным сечением стропильной ноги является сечение на средней опоре.

Изгибающий момент в этом сечении:

Вертикальное давление в точке С, равное правой опорной реакции двухпролетной балки составляет:

При симметричной нагрузке обоих скатов вертикальное давление в точке С удваивается:

Раскладывая это давление по направлению стропильных ног, находим сжимающее усилие в верхней части стропильной ноги:

Растягивающее усилие в ригеле равно горизонтальной проекции усилия N.

Проверяем сечение стропильной ноги.

Из условия прочности при изгибе определяем требуемый момент инерции, вводя коэффициент 1,3 для возможности восприятия сечением продольной силы и момента.

Сечение Æ16см удовлетворяет требованиям. W_x=409,6 см 3 , J_x=3276,8 см 4 . Производим проверку сечения на сжатие с изгибом: