Как рассчитать стропила для крыши: расчет длины, угла, сечения, нагрузки

Области применения различных пород дерева.

По назначению все деревянные строительные материалы делятся на отделочные и общестроительные. Последние предназначены для ограждающих и перекрывающих конструкций, а также других нагружаемых строительных элементов. Для украшения поверхности используются отделочные материалы.

Из представленной выше информации о древесных породах хорошо видно, что они различаются по своим техническим и эксплуатационным характеристикам. Поэтому практически всегда при строительстве дома используется несколько пород дерева, каждая из которых лучше всего подходит для определенного участка строительства.

Сосна отлично подходит для строительства ограждающих конструкций.
Из елового бруса часто делают балки перекрытия, элементы стропильной системы, настил, обшивку потолка. Уникальные свойства лиственницы позволяют даже укреплять берега резервуаров и устанавливать мостки и столбы.
Лиственницу используют для укладки нижних краев дома, так как она обладает высокой влагостойкостью. Кроме того, стволы из лиственницы используются для свайных оснований, даже для сооружений, возводимых над водой, например, мостов или опор, а также для укрепления берегов водоемов.
Дуб чаще всего используется для изготовления окон, дверей и проемов. Кроме того, дуб можно использовать как для отделки внутренних стен, так и для полов.
Клен, липа и ольха используются для столярных работ и резьбы благодаря своей гибкой структуре. Например, эта древесина используется для изготовления подносов или резных карнизов.
Для внутренней отделки используют березу или ольху. Фактурный рисунок и цветовые оттенки древесины ольхи позволяют использовать ее для имитации более ценных пород древесины.

Основные элементы

каждый элемент опорной конструкции должен быть достаточно жестким;
немаловажным является также вес;
исходные материалы для стропил должны быть высокого качества.

Стропила

Для остова двускатной кровли необходимы следующие элементы:

Мауэрлат – брус значительного размера 150×150 мм или 200×200 мм, который укладывается и закрепляется по периметру стен. Он связывает стропильную систему и конструкция здания в общую структуру, распределяет нагрузку, оказываемую на стены.
Конек – наивысшая точка крыши, в которой соединяются стропильные ноги. Продольная балка помогает удерживать конструкцию, обеспечивает стабильность при ветровых нагрузках.
Стропила – изготавливаются из доски сечением в 70×150 мм, на них приходится вся нагрузка. Из досок создаются стропильные ноги, которые крепятся с шагом не меньше 60 см.
Лежень – брус, находящийся параллельно коньку. Его размеры равны мауэрлату. Лежень является опорой для стоек и других элементов.
Затяжки – перекладины из досок, соединяющие стропильную ногу.
Стойки – брусья, установленные вертикально, они устанавливаются для поддержки конькового прогона.
Свесы – части стропил, выступающие за границу стен. Они позволяют отводить осадки от дома.
Подкосы – служат для укрепления стропил, позволяют создавать прочные конструкции.
Обрешетка – доски, необходимые для связывания стропил и укладки кровельного материала.
Кобылки – когда длины стропил недостаточно для свеса, набивают дополнительные доски «кобылки».

Части системы

Стропильная система состоит из ферм, которые представляют собой плоские конструкции в виде треугольника. Они выставляются на мауэрлат, а затем скрепляются между собой при помощи прогонов. Можно выделить несколько составных элементов фермы.

Стропильной ногой называются сами стропила, на которые крепится обрешетка, и укладывается кровля. В состав фермы входят две балки, которые сверху соединены в треугольник. Они должны быть наклонены под одним углом с кровельным скатом.
Затяжкой является перекладина, которая сцепляет стропила по горизонтали, не давая им разъезжаться при нагрузках. Часто можно увидеть в висячих системах.
Ригель – это балка, которая в системе отвечает за сжимание, а по виду напоминает затяжку. Применяется для скрепления балок в верхней части.
Схваткой соединяют балки по горизонтали, чтобы повысить устойчивость фермы. Применяется в наслонных стропилах.
Стойка используется для дополнительного упора при фиксации систем и представляет собой горизонтальную балку.
Подкос монтируется под определенным углом и применяется для придания лучшей устойчивости.
Кобылки нужны, чтобы удлинить стропильные ноги, если надо сделать свесы.

А также есть элементы, которые не относятся к фермам, но являются частью стропильной конструкции.

Прогон в виде балки устанавливается вдоль скатов.
Обрешетка набивается на стропила, чтобы на нее монтировать кровлю. Изготавливается из досок и брусьев.
Мауэрлат монтируется по периметру стен строений в виде досок или бруса. На него крепятся нижние концы стропил.
Лежень ложится вдоль внутренних стен строения, чтобы крепить на него вертикально стойки.

Информация

Вальмовая крыша имеет высокие эксплуатационные характеристики и сложную конструкцию, однако благодаря онлайн калькулятору произвести ее расчет сможет каждый домовладелец. Наш калькулятор достоверно рассчитает конструкцию вальмовой четырехскатной крыши. По результатам вычислений формируется 2D чертеж крыши и выполняется 3D визуализация.

Вальмовая крыша имеет четыре ската — торцовые в форме треугольников и боковые в виде трапеции. Скаты расположены под одинаковым углом к основанию. Их бока соединяются вальмами (наклонными ребрами), а верхушки – коньком. По периметру дома укладывают мауэлрат, на который опираются стропила. Вальмовая четырехскатная крыша имеет карнизный свес, в зависимости от ваших предпочтений

Достоинства и недостатки вальмовой крыши

Хоть расчет вальмовой крыши сложный, это одна из самых популярных конструкций для частного дома. Она имеет ряд преимуществ:

Обтекаемость кровельного покрытия;
Жесткость конструкции;
Отсутствие фронтонов

Вальмовая крыша также имеет ряд недостатков:

Сложность расчетов и установки крыши;
Большой отхода материала (особенно МЧ).

Таким образом, достоинств больше, а онлайн калькулятор с чертежами крыши в деталях поможет в ее расчёте.

Специфика работы калькулятора расчета вальмовой крыши

Наш калькулятор сделает моментальный расчет стропильной системы вальмовой крыши – длину и количество стропил (в том числе диагональных), длину конька. От домовладельца требуется ввести лишь начальные параметры: длину и ширину дома, скат кровли, высоту. Хочется отметить, что ширину доски для стропил нужно выбирать исходя из нагрузок, как от ветровых и снега, так и от массы самого материала для кровли. Если вы делаете теплую крышу, то расстояние между стропил, должно соответствовать ширине утеплителя, чтоб избавиться от подрезок и не тратить материал.

Обрешётка

Доска для обрешётки обычно используется толщиной 30 мм. Ширина может быть разная, для металлочерепицы с шагом 35 см в соответствии с длиной продольной оси модуля МЧ «Монтеррей» оптимальная ширина доски — 100мм, для других типов покрытий, шаг и ширина доски может быть разной. Не забывайте, что на обрешётку для мягкой кровли, поверх будет класться ОСП или фанера сплошным ковром.

При устройстве теплой крыши необходимы:

Утеплитель толщиной 100 мм, но лучше 150-200 мм.
Гидроизоляция, пароизоляция;
Контробрешетка толщиной не менее 30 мм.

Сложность стропильной системы

Спроектировать деревянную стропильную систему намного сложнее, чем любые металлические конструкции. Почему? В природе не существует двух досок с абсолютно одинаковыми показателями прочности, на этот параметр влияет очень много факторов.

Каждая доска имеет свое количество сучков, среди них есть здоровые и гнилые. Одни сучки оказывают минимальное влияние на прочность, другие значительно их понижают.
В зависимости от условий и режимов сушки в досках могут появляться трещины. Место их расположения и размеры невозможно предвидеть или рассчитать – остается неизвестным и точное влияние на прочность.
Доски могут поражаться различными грибковыми заболеваниями, не все они заметны невооруженным глазом. Некоторые могут проявиться уже после завершения строительства стропильной системы. Кроме того, даже здоровые на период строительства пиломатериалы со временем могут повреждаться вредителями и гнилью.

Требования к качеству стропильной доски

Как выбрать качественные ровные доски для стропил

Металл имеет одинаковые свойства, которые зависят только от марки стали. Расчеты будут точными, ошибка минимальная. С деревом все намного сложнее. Для того чтобы минимизировать риски разрушения системы, нужно давать большой запас по прочности. Большинство решений принимается непосредственно строителями на месте после оценки состояния пиломатериалов и с учетом особенностей конструкции. Очень важен практический опыт.

Сростка стропил. Накладка с 2 сторон в виде метровой доски 150х50

Требования к качеству стропильной доски

Выполняя расчет стропильной конструкции, в которой предусмотрено изготовление стропильных ног из доски, важно учитывать не только сечение данных элементов, но и качество пиломатериала, который предполагается использовать. В первую очередь, необходимо определиться, какая древесина более всего подходит для изготовления стропил

Это хвойный и лиственный пиломатериал, полностью отвечающий требованиям ГОСТ 8486-86 и ГОСТ 2695-83. Исходя из данных требований, доска для изготовления стропильных ног может иметь

В первую очередь, необходимо определиться, какая древесина более всего подходит для изготовления стропил. Это хвойный и лиственный пиломатериал, полностью отвечающий требованиям ГОСТ 8486-86 и ГОСТ 2695-83. Исходя из данных требований, доска для изготовления стропильных ног может иметь

не более трех сучков на каждый погонный метр пиломатериала, максимально допустимый диаметр сучка составляет 30 мм;

несквозные трещины, длина которых не превышает 1/2 длины доски;

влажность не более 18% (измеряется влагометром).

Согласно предписаниям СНиП, приобретая пиломатериал для изготовления стропил и других элементов каркаса крыши, необходимо делать проверку документа, информирующего о качестве продукции. Там должны быть указаны

наименование производителя и основные данные о нем;
название изделия и его номер стандарта;
размер пиломатериала, порода древесины, степень влажности;
количество единиц в упаковке;
дата выпуска партии пиломатериалов.

Древесина – натуральный материал, подверженный биологическому разрушению и горению. Чтобы снизить риск повреждения и разрушения готовой конструкции из пиломатериалов, требуется выполнить предмонтажную подготовку стропильных элементов, выполненных из доски. Подготовка подразумевает выполнение конструктивных и защитных мероприятий согласно требованиям СНиП. В число защитных мероприятий входит

обработка древесины антисептическими составами с целью предотвратить преждевременное загнивание;
пропитка древесины антипиреновыми средствами, предотвращающими возгорание;
обработка стропил и других деревянных элементов средствами, защищающими от насекомых-вредителей.

В число конструктивных мероприятий входит

монтаж гидроизоляционных прокладок в местах примыканий деревянных конструкций к кирпичным;
формирование гидроизоляционного ковра под кровельным материалом и пароизоляции со стороны помещения;
оборудование специальных проемов для вентиляции кровельного пирога.

Стропила, выполненные из доски, при соблюдении предписанных технологий обустройства крыши, смогут прослужить длительный срок, не требуя проведения ремонта

Обработка древесины защитными средствами

На стропила после изготовления следует нанести спецсредства для био- и огнезащиты. Если делать обработку уже собранной стропильной конструкции, не получится защитить места стыков элементов и впоследствии именно они могут стать очагами гниения каркаса крыши. Это приведет к преждевременному разрушению кровли и повлечет за собой необходимость вложения серьезных финансовых средств в ремонт или замену крыши.

Стропила рекомендуется изготавливать их древесины хвойных пород, содержащей большое количество смолы, которая служит природным барьером от гниения. Тем не менее, даже деревянные элементы из лиственницы и сосны нуждаются в обработке специальными составами. Влажность доски для стропил не должна превышать 18%, в противном случае в процессе эксплуатации элементы стропильной конструкции может «повести», что вызовет деформацию кровли и потерю прочности всей системы

Советы по выбору доски

Помимо расчета сечения и толщины доски, следует быть внимательным при выборе самого материала. Прежде всего, доска должна иметь показатель влажности, не превышающий 18% – в противном случае со временем ее поведет, нарушится геометрия всей конструкции, возникнут дополнительные напряжения.

Также доска не должна иметь дефектов. Допускается наличие небольших несквозных трещин и сучков (не более трех сучков с диаметром до d=30 мм на погонный метр), размочаливание концов доски и тому подобное. Такой материал либо вообще нужно отбраковать, либо использовать в крайнем случае для тех элементов, которые не относятся к основным и несущим.

Что нужно учесть при расчете стропил

Сначала определим основополагающие моменты.

Вид и форма кровли непосредственно влияют на функциональные особенности стропильной системы.Дело в том, что расчеты для шатровой и двускатной крыш будут отличаться между собой, ведь проводить их нужно по разным методикам.

Более того, несимметричные кровли (к примеру, ломаные) нуждаются в дополнительных стабилизационных элементах – ригелях, шпалах, подкосах и проч.Очень важны при расчетах и будущие нагрузки на конструкцию, преимущественно снеговые и ветровые.К примеру, в заснеженных регионах страны достаточно трудно соорудить кровлю со скатом менее 45°, а если увеличить наклон или высоту конструкции, то увеличится ветровая нагрузка. Словом, нужно определить ту самую «золотую середину», но не в ущерб привлекательности. Очень часто такую проблему могут решить лишь истинные мастера.Еще одним важным моментом при расчете является материал покрытия.Многие из этих материалов нуждаются в определенных условиях.

Так, гибкая черепица укладывается исключительно на сплошную поверхность (в крайнем случае – частую обрешетку). Керамическая черепица нуждается в усиленном каркасе.Размер и площадь – вот основные показатели, влияющие на выбор того или иного типа кровли.Если площадь большая, то увеличивается шаг стропил и, соответственно, расстояние между ними. Из-за этого сечение используемого бруса увеличивается.

Порядок сборки фермы

Для удобства можно соорудить леса Конструкция включает в себя опорные ноги и соединяющие компоненты. Ферма напоминает треугольник. Выполните работу в указанной последовательности, и готовая конструкция сможет достойно переносить все поступающие нагрузки.

Установка коньковой балки и первых стропил

Ферму можно делать на земле с дальнейшим подъемом наверх либо же прямиком на крыше. Первый вариант более прост и удобен в выполнении.

Еще одно стропило на месте

Вид установленных стропил

Стропильную ферму собираем в следующем порядке. Сначала обрезаем заготовленный материал до нужного размера, стыкуем бруски верхними краями и скрепляем с помощью шурупов. Для предотвращения появления трещин в местах скрепления предварительно просверливаем в брусках отверстия диаметром немного меньше размера крепежных элементов.

Установка стропил

Коньковые балки

Также для соединения стропильных ног используем ригель. Фиксацию выполняем на полметра ниже верхней точки скрепления элементов. Ригели будут способствовать повышению жесткости конструкции и исключат риск прогиба. Крепление ригеля выполняем в выемках, предварительно обустроенных в стропилах посредством вырубки.

При необходимости стропила срезаются под углом, если этого требуют особенности обустраиваемой кровельной конструкции.

Практические советы

Уже упоминалось, что прочность стропилины на изгиб в месте сращивания всегда меньше, чем у целого элемента. По возможности старайтесь располагать этот узел как можно ближе к коньку, мауэрлату или различным распоркам

Такие предосторожности минимизируют риски механического разрушения стропильной ноги. Если такая возможность по тем или иным причинам отсутствует, то не рекомендуется размещать место упора под сращиванием на расстоянии больше 15% длины ноги от любого конца

Узел располагается на мауэрлате

Никогда не используйте для соединения черные саморезы. Этот металл имеет два существенных недостатка. Первый – он быстро окисляется и теряет первоначальную прочность. Второй – технология изготовления таких саморезов предполагает закаливание. Каленые саморезы при превышении допустимой нагрузки не вытягиваются, а лопаются. Во время эксплуатации кровли относительная влажность деревянных конструкций меняется, соответственно, колеблется и толщина досок. А это может существенно увеличивать усилие растягивания самореза, он не выдержит и треснет.

Черные саморезы использовать не стоит

Не переусердствуйте с количеством метизов. Если их слишком много, то отверстия значительно уменьшат прочность соединяемых деталей, в результате вы получите обратный эффект, наращивание не усилится, а ослабнет.

Способы сращивания

Существует несколько способов сращивания, однозначно лучшего или худшего нет. Мастера принимают решения с учетом своих навыков и конкретного места размещения стыка.

Таблица. Способы сращивания стропил.

Метод сращивания	Краткое описание технологии
Косой прируб	Применяется на досках толщиной не менее 35 мм. Довольно сложный метод, требует практического опыта выполнения плотницких работ. По прочности соединение самое слабое из всех существующих. Преимущество – экономия пиломатериалов. Практически на стройках применяется очень редко.
Встык	Длина стропильных ног увеличивается с помощью накладки. Накладка может быть деревянной или металлической. Если длина двух отрезков досок недостаточна по параметрам стропильной системы, то такой способ позволяет их увеличить. Соединение встык имеет самые высокие показатели прочности на изгиб, широко применяется во время строительства различных сооружений.
Внахлест	Внахлест. Две доски фиксируются с нахлестом. Самый простой метод, по прочности занимает среднее положение. Недостаток – общая длина двух досок должна быть больше проектной длины стропильной ноги.

Схема спаренных стропил

В этой статье мы рассмотрим два наиболее простых и надежных метода сращивания: встык и внахлест. Косой прируб трогать нет смысла, его почти не используют из-за большого количества недостатков.

Устройство крыши

Главным элементом мансардной крыши является стропильная система. Это своего рода каркасное сооружение, которое берет на себя нагрузку от кровли, служит основанием перекрытий и обеспечивает необходимую форму крыши. О дизайне мансарды вы можете прочитать здесь.

В стропильной системе мансарды имеются следующие элементы:

Мауэрлат. Этот элемент служит основанием для всей конструкции кровли, прикрепляется по периметру стен сверху.
Стропила. Доски определенного размера, которые прикрепляются под необходимым углом и имею опору в мауэрлат.
Конек. Это обозначения места схождения стропил в верхней части.
Ригели. Располагаются в горизонтальной плоскости между стропилами. Служат элементом сцепления конструкции.
Стойки. Опоры, которые располагают в вертикальном положении под коньком. С их помощью нагрузка передается на несущие стены.
Подкос. Элементы, располагающиеся под углом к стропилам для отвода нагрузки.
Лежень. Аналогичен мауэрлату, только располагается на внутреннем несущем перекрытии.
Схватка. Брусок, расположенный вертикально между опорами.
Обрешетка. Конструкция для установки кровли.

Устройство двускатной крыши

Количество кровли

Количество материала для кровли вычисляется очень просто, учитывая, что все параметры для расчетов были получены в процессе.

Рассматривая вычисления на том же примере, следует вычислить общую площадь крыши.

После этого можно узнать количество листов металлочерепицы (в данном примере), которые потребуется закупить для строительства.

Для этого необходимо получившееся значение площади крыши разделить на площадь одного листа металлочерепицы.

Как рассчитать площадь двускатной крыши:

Длина крыши в данном примере равна 10м. Чтобы узнать такой параметр, необходимо замерить длину конька;
Длина стропила была вычислена и равняется 3,6м (+0,5-0,7м.) ;
Исходя из этого, площадь одного ската будет равна – 41 м2. Общее значение площади – 82 м2, т.е. площадь одного ската, умноженная на 2.

Важно: не забывать про припуски для козырьков крыши в 0,5-0,7 м

Кровельный набор

Основные правила выбора досок

Стропильная доска должна отвечать многочисленным требованиям и условиям, описанным выше. Чтобы выбрать действительно качественный материал, рекомендуется пользоваться определенными советами специалистов. К ним относится:

отсутствие больших по размеру сучков и трещин;
оптимальная влажность, причем не желательно доверять информации, содержащейся в документации к доскам, поэтому рекомендуется вовсе взять с собой специальный инструмент – влагомер, позволяющий быстро определить влажность древесины;
отсутствие существенных дефектов, подгнивших участков или иных значимых недостатков, так как все они негативно будут сказываться на качестве сделанной конструкции из досок.

Важно! Если будет приобретен материал с высоким показателем влажности, то не допускается пользоваться им для возведения стропильной системы, так как она будет непрочной, а также вовсе имеется опасность для проживания в доме с такой крышей, поскольку через небольшой промежуток времени будет нарушена геометрия конструкции. Если обнаруживаются в одной партии досок несколько неподходящих элементов, не рекомендуется пользоваться ими для создания важных частей крыши, поэтому они применяются для дополнительных элементов

Если обнаруживаются в одной партии досок несколько неподходящих элементов, не рекомендуется пользоваться ими для создания важных частей крыши, поэтому они применяются для дополнительных элементов.

Видео по теме:

Определение угла наклона

Можно для такого расчета исходить из материала кровли, который будет использоваться в дальнейшем, ведь у каждого из материалов имеются свои требования:

Для шифера размер угла ската должен быть более 22 градусов. Если угол будет меньше, то это сулит попаданием воды в зазоры;
Для металлочерепицы такой параметр должен превышать 14 градусов, в ином случае листы материала могут быть сорваны веером;
Для профнастила угол может быть не меньше, чем 12 градусов;
Для битумной черепицы такой показатель должен равняться не более чем 15 градусов. Если угол будет превышать такой показатель, то есть вероятность сползания материала с кровли во время жаркой погоды, т.к. прикрепление материала проводят на мастику;
Для материалов рулонного типа, вариации значения угла могут быть в пределах от 3 до 25 градусов. Этот показатель зависит от числа слоев материала. Большее количество слоев позволяет сделать угол наклона ската большим.

Стоит понимать, что чем больше угол ската, тем больше площади свободного пространства под крышей, однако и материала требуется для такой конструкции больше, а, соответственно и затрат.

Более подробно про оптимальный угол наклона вы можете прочитать здесь.

Важно: минимально допустимое значение угла ската равно 5 градусов. Формула для расчета угла ската проста и очевидна, учитывая, что изначально имеются параметры ширины дома и высоты конька

Представив в разрезе треугольник, можно подставлять данные и проводить вычисления, пользуясь таблицами Брадиса или калькулятором инженерного типа

Формула для расчета угла ската проста и очевидна, учитывая, что изначально имеются параметры ширины дома и высоты конька. Представив в разрезе треугольник, можно подставлять данные и проводить вычисления, пользуясь таблицами Брадиса или калькулятором инженерного типа.

Нужно вычислить тангенс острого угла в треугольнике. В данном случае он будет равен 34 градусам.

Формула: tg β = Нк / (Lосн/2) = 2/3 = 0,667

Определение угла наклона крыши

Виды и характеристики антисептиков — чем лучше обработать

Большинство антисептиков для стропильных систем могут повышать декоративные свойства конструкции при нанесении за счет входящей в состав алкидной смолы, меняющей оттенок древесины.

Наиболее популярными антисептиками являются водорастворимые, которые имеют следующие преимущества:

Глубокое проникновение в структуру древесины;
Простота нанесения и быстрое высыхание;
Возможность нормальной вентиляции дерева;
Создание влагозащитной пленки на поверхности деревянных элементов.

Независимо от особенностей антисептика, он должен хорошо защищать дерево от микробов, насекомых и грибка. Кроме того, любой антисептик для стропил должен быть безвредным для человеческого здоровья.