Стропильная система односкатной крыши: используем калькулятор для расчета стропильной системы

Расчет стропильной системы односкатной крыши

Важную роль в устройстве односкатной крыши играет правильно выбранный уклон, от него зависит надежность конструкции. В зимнее время, в период обильных снегопадов, крыша испытывает серьезные нагрузки, оказывают на нее большое давление и атмосферные явления в виде дождей и ливней. Поэтому для районов с обильными осадками нормы и правила рекомендуют соблюдать угол наклона ската до 45 градусов.

Стропильная ферма должна не только противостоять снеговой и ветровой нагрузке, но и выдерживать собственный вес и вес кровельного покрытия.

Поэтому при определении минимального значения наклона учитывают:

• среднемесячный уровень осадков в местности строительства;
• применяемый кровельный материал;
• площадь строения;
• особенности вентиляции.

Если вы планируете настилать кровлю из металлочерепицы, то рекомендуемый угол наклона должен составлять 35, для шифера – 20 –30 градусов. Диапазон этого показателя для профнастила колеблется от 8 до 20 градусов, и действует поправка на погодные условия. Металлические фальцевые кровли настилают при уклоне ската, который варьируется в пределах 18 – 30 градусов.

Рассчитывая угол наклона ската, принимают во внимание и расположение будущего строения. Дом нужно размещать наклоном крыши к наветренной стороне, здесь же обустраивать водосточную систему. Серьезное значение в расчете имеет такой показатель, как расстояние между стропилами односкатной крыши

При слишком большом шаге между элементами стропил не удастся добиться устойчивой конструкции к внешним влияниям. При необоснованно малом шаге каркас приобретает значительный вес, оказывая давление на несущие стены и основание дома. Правильно рассчитанный шаг, сечение всех элементов фермы, длина стропильных ног, применяемые варианты узлов крепления – все эти параметры в совокупности создают надежную стропильную систему. Немаловажную роль играет длина пролета здания и вес кровельного материала, от этих показателей зависит количество устанавливаемых стропил и необходимость установки дополнительных опор для стропильных ног

Серьезное значение в расчете имеет такой показатель, как расстояние между стропилами односкатной крыши. При слишком большом шаге между элементами стропил не удастся добиться устойчивой конструкции к внешним влияниям. При необоснованно малом шаге каркас приобретает значительный вес, оказывая давление на несущие стены и основание дома. Правильно рассчитанный шаг, сечение всех элементов фермы, длина стропильных ног, применяемые варианты узлов крепления – все эти параметры в совокупности создают надежную стропильную систему. Немаловажную роль играет длина пролета здания и вес кровельного материала, от этих показателей зависит количество устанавливаемых стропил и необходимость установки дополнительных опор для стропильных ног.

Чтобы правильно выполнить эти расчеты, на помощь застройщикам приходит интернет. В сети можно найти специальные программы, которые в считанные минуты сделают верные вычисления, и вы получите оптимальный вариант параметров будущей стропильной фермы.

Stroy-calc – Профессиональные строительные калькуляторы

Проектирование односкатных крыш. Что учесть ↑

Планируя сборку односкатной крыши нужно учесть и рассчитать множество факторов: схему стропильной системы, угол наклона, нагрузки, подобрать соответствующие материалы. В итоге должен получится чертеж с полной информацией о будущей крыше.

Классическая схема односкатной стропильной системы, это уложенные поперек строения балки с креплением, к мауэрлату, установленному вдоль несущих стен. Это так называемая односкатная крыша с простыми наслонными стропилами. Но подобный вариант возможен только при пролетах с длиной не более чем 4500 мм. Но, допускается использование односкатных крыш с большей протяженностью.

• При ширине пролета в 5000-6000 мм, наслонные стропила нужно усилить подкосами, которые опираться на несущую стену с дополнительным мауэрлатом.
• Если ширина пролетов достигает значения 6000-7500 мм, потребуется собрать более сложный вариант – с упором на шпренгельную ферму. В конструкцию добавляется бабка, поддерживающая дополнительный брус, на который опирается стропило. Естественно стойки (бабки) дополнительно усиливаются подкосами.

Кроме выбора схемы устройства стропильной системы на стадии проекта потребуется спланировать шаг между балками, а также их сечение. Такие параметры зависят тоже от ширины пролета и используемой длинны стропил между несущими стенами. Общие рекомендации следующие:

• При длине стропильной балки до 3000 мм ее сечение подбирается в пределах 80×100 или 90×160 мм. Шаг между отдельными элементами должен составлять от 1100 до 2100 мм (зависимо от сечения!).
• Если стропило длиной 6500 мм, в таком случае подбирается сечение бруса 120×220 мм с шагом между деталями 1100-1400 мм.

Но, кроме выбора соответствующего сечения стропильных балок, и схемы сборки очень важным фактором является угол наклона будущей крыши.

Выбор угла наклона ската

От угла наклона собираемого ската зависит будущее функционирование крыши, а также ее прочность. Оптимальный уклон должен обеспечивать удаление осадков с плоскости (в особенности снега), невысокую ветровую нагрузку, а также устойчивое крепление кровельного настила.

Важно
Расчет углов наклона всех кровельных конструкций должен производиться в точном соответствии с СНиПом 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». Эти строительные нормы предоставляют всю информацию по конкретному региону страны.. Стоит также учитывать тип используемого кровельного материала, который также рекомендуется использовать при различных углах падения скатов

К примеру можно воспользоваться данными из приведенной ниже таблицы

Стоит также учитывать тип используемого кровельного материала, который также рекомендуется использовать при различных углах падения скатов. К примеру можно воспользоваться данными из приведенной ниже таблицы.

Совет
Не стоит забывать, что в регионах с большим количеством осадков в зимний период наиболее оптимальное расположение скатов составляет 45°.

Подбирая углы наклона ската и кровельный материал нужно учесть, что плоскости с небольшими уклонами придется очищать от накопившихся масс снега, поэтому лучше всего подобрать настил способный выдержать вес человека без последующих деформаций.

Сечение стропильных ног и шаг их установки предопределяются прогнозируемыми нагрузками на крышу

Принципы расчета распределенной нагрузки на стропила

Все выпадающие на крышу нагрузки можно разделить на несколько категорий:

• Постоянная статическая нагрузка, которая определяется массой самой стропильной системы, кровельного материала, обрешетки к нему, а при утепленных скатах – весом термоизоляции, внутренней обшивки потолка чердачного помещения и т.п. Этот суммарный показатель во многом зависит от типа используемого кровельного материала – понятно, что массивность профнастила, к примеру, не идёт ни в какое сравнение с натуральной черепицей или асбестоцементным шифером. И все же при проведении проектирования системы кровельного покрытия всегда стремятся удержать это показатель в рамках 50÷60 кг/м².
• Временные нагрузки на кровлю, обусловленные влиянием внешних причин. Это безусловно, снеговая нагрузка на кровлю, особенно характерная именно для крыш с небольшой крутизной скатов. Играет свою роль ветровая нагрузка, и, хотя на малых углах уклона она не столь велика, полностью сбрасывать ее со счетов не следует. Наконец, крыша должна выдержать и вес человека, например, при проведении каких-либо ремонтных работ или при очистке кровли от снежных сугробов.
• Отдельной группой стоят экстремальные нагрузки стихийного характера, вызванные, к примеру, ураганными ветрами, аномальными для данной местности снегопадами или дождями, тектоническими толчками земли и т.п. Предвидеть их – практически невозможно, но при расчетах на этот случай закладывается определенный резерв прочности элементов конструкции.

Суммарные нагрузки выражаются в килограммах на квадратный метр площади крыши. (В технической литературе часто оперируют другими величинами – килопаскалями. Перевести несложно – 1 килопаскаль приблизительно равен 100 кг/м²).

Выпадающая на крышу нагрузка распределяется по стропильным ногам. Очевидно, что чем чаще они установлены, тем меньшее давление будет приходиться на каждый погонный метр стропильной ноги. Это можно выразить следующим соотношением:

Qр = Qс × S

где:

Qр — распределенная нагрузка на погонный метр стропила, кг/м;

Qс — суммарная нагрузка на единицу площади крыши, кг/м²;

. — шаг установки стропильных ног, м.

Например, расчеты показывают, что на крышу вероятно внешне воздействие в 140 кг. при шаге установке в 1.2 м на каждый погонный метр стропильной ноги придется уже 196 кг. Но зато если установить стропила чаще, с шагом, допустим, 600 мм, то степень воздействия на эти детали конструкции резко снижается – всего 84 кг/м.

Ну а по полученному значению распределенной нагрузки уже несложно определить требуемое сечение пиломатериала, способного противостоять такому воздействию, без прогибов, кручения, переломов и т.п. Существуют специальные таблицы, одна из которых приведена ниже:

Пользоваться этой таблицей – совсем несложно.

В левой ее части находят рассчитанную удельную нагрузку на стропильную ногу (при промежуточном значении берется ближайшее в большую сторону).

По найденному столбцу опускаются вниз до величины требуемой длины стропильной ноги.

В этой строке в правой части таблицы приведены необходимые параметры пиломатериала – диаметр кругляка или ширина и высота бруса (доски). Здесь можно выбрать наиболее удобный для себя вариант.

Например, расчеты дали значение нагрузки – 90 кг/м. Длина стропильной ноги между точками опоры – 5 метров. Таблица показывает, что можно применять бревно диаметром 160 мм или доску (брус) следующих сечений: 50×210; 60×200; 70×190; 80×180; 80×180; 90×170; 100×160.

Дело «за малым» – определить суммарную и распределенную нагрузку.

Существует выработанный, достаточно сложный и громоздкий алгоритм расчета. Однако, не будем в данной публикации перегружать читателя массивом формул и коэффициентов, а предложим воспользоваться специально разработанным для этих целей калькулятором. Правда, для работы с ним необходимо сделать несколько пояснений.

Снеговая нагрузка

Вся территория России разделена на несколько зон по вероятному уровню снеговой нагрузки. В калькуляторе потребуется внести номер зоны для региона, в котором проводится строительство. Найти свою зону можно на представленной ниже карте-схеме:

Общее представление и характерные особенности

Узлы односкатной крыши – это крепежные конструкции, позволяющие построить прочную и надежную конструкцию, которая прослужит на протяжении многих лет. В зависимости от специфических особенностей, устройство креплений осуществляется в форме врубки или запила. Распределение таких элементом происходит так, чтобы с одной стороны преобладало жесткое соединение, а с другой – более свободное. 

• Врубка. Это треугольный выпил, может быть с зубом и без него. Во избежание ослабления мауэрлата, врубки делаются исключительно на стропилах.
• Запилы на верхних и нижних краях в стропильной ноге. В результате опорная площадь приобретает повышенную устойчивость. Запилы выполняют в вертикальном или горизонтальном положении.

От степени свободны узлов зависит ограничение или его отсутствие у деревяной детали. 

Инструкция по выполнению работ

Перед тем как сделать односкатную крышу, необходимо правильно подобрать пиломатериалы для стропильной системы и обрешетки. На этот счет дадим такие рекомендации:

• для пролета шириной до 4,5 м подойдут стропила из бруса 15 х 5 см, до 6 м – из досок 200 х 50 мм, сращиваемых попарно или в длину;
• на стеновую обвязку (мауэрлат) и лежни пойдет брус 150 х 50 мм;
• сечение стоек, подкосов и прогонов – 10 х 5 см;
• обрешетка делается из досок толщиной 20—25 мм и шириной 10—15 см.

Для гидроизоляции вам понадобится рубероид и супердиффузионная мембрана, а для настилания финишного покрытия – металлочерепица, профнастил или другой кровельный материал. Если речь идет о жилом доме, не забудьте об утеплении: заготовьте минвату нужной толщины (или другой утеплитель) и пароизоляционную пленку.

Укладка мауэрлата

Обвязочный брус следует класть на 2 противоположные стены, куда опираются стропильные ноги. Если предусматривается опирание наслонной системы на внутренние перегородки, то на них тоже укладывается доска под названием лежень. Исключение – бревенчатые и каркасные дома, чьи стены готовы для монтажа стропил.

Технология укладки мауэрлата на стены из разных материалов выглядит так:

1. В кирпичную кладку заранее вмуровываются шпильки, на которые крепится обвязочный брус. Перед монтажом каменная стена накрывается 2 слоями рубероида. Если шпильки не были поставлены, то мауэрлат закрепляется анкерными болтами или притягивается стальными полосами.
2. Пористые стены, построенные из газобетона, перед монтажом мауэрлата полагается связать армированным железобетонным поясом, как сделано на схеме. Шпильки для крепления закладываются в монолит при заливке.
3. В деревянных пристройках (верандах, террасах), возводимых своими руками, для опирания стропил нужно к верхней обвязочной балке стены прикрепить вторую доску такой же ширины. Чтобы установить верхний конец стропильной ноги, надо к стене существующего здания привинтить горизонтальный брус 15 х 5 см. Подробнее эта операция продемонстрирована ниже на видео.

Монтаж стропил пошагово

Перед тем как построить каркас, нужно определить реальную длину стропил с учетом выпусков за стены, формирующих карнизные свесы. Впрочем, козырьки можно нарастить и после монтажа, прибив к стропильным ногам отрезанные по размеру доски – так называемые кобылки. Минимальная длина свеса крыши – 300 мм.

Дальше действуйте в таком порядке:

1. Чтобы нарастить внутреннюю перегородку до высоты наклонной плоскости крыши, соберите каркас из вертикальных опор, связанных снизу лежнем, а сверху – прогоном. Месторасположение каждой стойки должно совпадать с шагом стропил, которые будут на них опираться. Для устойчивости закрепите раму подкосами.
2. Примерьте стропило по месту и подрежьте его снизу в трех опорных точках, дабы увеличить площадь прилегания к мауэрлату и лежням, как изображено на фото.
3. Установите стропильную ногу и прикрепите ее с помощью саморезов на стальных уголках, Операцию повторите в 3 точках, затем переходите к следующей балке.
4. Подрежьте ноги карнизных свесов, а после зашейте их снизу и по бокам вагонкой. Это удобнее делать, пока не уложено кровельное покрытие.

Если боковые фронтоны не выложены под скат будущей кровли, то их стоит облицевать сразу после сборки стропильной системы. Иначе потом придется выполнять эту работу с лестниц либо строить леса. Монтаж стропильной системы односкатной крыши большого здания смотрите в очередном видео:

Обрешетка и финишное покрытие

Перед укладкой досок на кровельный скат стропильная система накрывается полотнами супердиффузионной мембраны, обеспечивающей защиту от ветра и попадания влаги в чердачное пространство. Полотна нужно стелить горизонтально, начиная с нижней части, и крепить к верхней плоскости стропил брусками контробрешетки сечением 5 х 5 см. Мембрана должна немного провисать между стропильными ногами для стока воды, а соседние полотна проклеиваться между собой (величина нахлеста – 15 см).

Доски обрешетки прибиваются к стропилам с шагом, зависящим от типа кровельного покрытия:

• под металлочерепицу – 35 см;
• для профнастила и шифера – 50—60 см;
• под дранкой, битумной и керамической черепицей обрешетка выполняется сплошной.

Последний шаг – устройство покрытия и утепление (при необходимости). Теплоизоляцию односкатной крыши лучше делать по потолку, оставляя неэксплуатируемый чердак холодным. Как правильно утеплять потолки, рассказывается в нашем руководстве.

Типы

Различают 2 основных типа:

1. Фронтальный или фронтонный. Выступает гармоничным продолжением крыши за границами ската. Длина колеблется от 40 до 100 см (точный показатель зависит от расположения выпуска карниза). Допустимо увеличение в большую сторону. Назначение – защита фасада дома от осадков. Фронтальный тип редко оставляют открытым, практически всегда закрывают подшивкой. По устройству бывают оформленными заподлицо или с выступом.
2. Боковой или карнизный. Чаще применяется при двускатном типе крыши. Проходит вдоль боковых стен дома. Длина колеблется 50-60 см. Оставить открытым или обшить – решают хозяева.

Виды стропильных систем

Существует несколько видов стропильных систем, на выбор которых влияет планировка сооружения. Среди них стоит выделить:

• Наслонная. Ее особенностью является монтаж стропил только на  постройках, имеющих внутренние несущие опоры. Систему стоит устанавливать на дома или постройки из бетонных блоков и кирпича. В наслонной стропильной системе монтируют такие дополнительные элементы, как прогоны, подкосы, схватки. При увеличении веса крыши увеличивается и количество дополнительных элементов.
• Скользящая. Ее устанавливают на строения из бревен и бруса. Это обусловлено свойством таких домов давать усадку. Если стропильная система будет жесткой, она может существенно деформироваться. При установке скользящих стропил предусматривается крепление, похожее на ползунок. За счет этого во время оседания сруба крыша просто подстраивается под форму строения.
• Висячая. Такие системы стропил опираются только на внешние стены. Обычно они собираются из ферм – готовых конструкций, включающих стойки, затяжки и стропила односкатной крыши. Устанавливают висячие системы на стены одинаковой высоты. Фермы имеют вид прямоугольных треугольников, обращенных большей стороной наверх. Такие системы монтируют на постройки, расстояние между стенами которых не более 4,5 м.

Каждая из описанных систем имеет определенные преимущества и особенности установки.

Как определяется угол наклона?

Величина уклона ската — один из основных параметров крыши. Интенсивность нагрузки на стропила напрямую зависит от этого показателя. Основные критерии выбора:

1. Количество осадков в регионе.
2. Тип кровельного покрытия.

Большой угол способствует беспрепятственному сходу снега, но ведет к дополнительному расходу материала. Небольшой уклон снижает воздействие ветра, но требует частого очищения крыши от снегового покрова. Оптимальный угол связан и с типом кровельного покрытия, для каждого материала существует рекомендуемый параметр в градусах:

• металлочерепица — 25;
• шифер, ондулин — 20;
• рубероид и другие рулонные материалы — от 5 до 10;
• профнастил — 20;
• натуральная черепица — 35.

От чего зависит угол наклона односкатной крыши

Различают плоские (до 5 градусов к горизонтали), малоуклонные (5…30 градусов) и крутоуклонные (свыше 30 градусов) односкатные крыши. При этом плоские и малоуклонные крыши требуют устройства очень тщательной гидроизоляции и отвода воды – это связано с тем, что снег на таких поверхностях задерживается и начинает таять снизу, от тепла, излучаемого домом.

Снеговые и ветровые нагрузки

Эти параметры имеют большое значение при выборе угла наклона.

Считается, что с крыши, имеющей уклон менее 20 градусов, снег не сползает, остается лежать на поверхности. При большем уклоне сохранность снежного покрова зависит от типа кровельного материала. На крышах с углом наклона более 50 градусов снежный покров не задерживается, вне зависимости от покрытия, кроме определенных случаев (немедленное оледенение, сложные конструкции).

Необходимость учитывать вес снегового покрова связана с расчетом крыши на прочность, поэтому до начала проектирования необходимо уточнить снеговые нагрузки данного региона. Информацию можно найти в СП 20.13330.2016, раздел 10 «Снеговые нагрузки». Там же в разделе «Воздействия ветра» есть данные для расчета ветровой нагрузки.

Упрощенно «прикинуть» снеговую нагрузку можно по карте РФ (районирование территории по весу снегового покрова и ветровые районы). Следует понимать: эти данные упрощены и не учитывают возможных нюансов, связанных с преобладающими ветрами, характером местности и другими факторами.

Ветровая нагрузка считается в том числе с учетом высоты здания и зоны его расположения. Зона А – открытые пространства, зона В – лесные массивы, городская плотная застройка.

При высоте постройки менее 10 м допустимо не принимать во внимание ветровую нагрузку, за исключением зданий, расположенных на больших открытых пространствах.

При расчете оптимального угла наклона конструкции необходимо учитывать:

• для снижения ветровой нагрузки необходимо уменьшать угол ската;
• для снижения снеговой нагрузки (обеспечение соскальзывания снега) следует увеличивать угол.

Таким образом, принятое решение – компромисс между желанием избавиться от регулярной чистки крыши от снега и нежеланием заново настилать сорванное ветром покрытие. Примеры расчета с учетом снеговой и ветровой нагрузки показаны ниже.

Выбор типа покрытия

В зависимости от того, насколько круто скат наклонен к горизонтали, можно выбрать тот или иной кровельный материал. Иногда встречается обратная задача – кровельный материал уже выбран, теперь необходимо определить допустимый угол наклона.

Более детально перечислены допустимые и обычно применимые углы кровли для разных материалов в таблице ниже.

Внимание: для крутоуклонных крыш неприменимы тяжелые хрупкие материалы! Также необходимо учитывать надежность крепления отдельных элементов и правильно рассчитывать гидроизоляцию!

Вес кровельного материала можно принять ориентировочно по таблице ниже или выяснить самостоятельно у производителя/продавца.

Важно: при расчете стоит опираться на максимальную цифру, это даст необходимый запас прочности конструкции!

Утепление и гидроизоляция

Здесь только одно правило: чем меньше , тем тщательнее должна быть гидроизоляция. Так, для плоских и малоуклонных конструкций необходимо устраивать двухслойную изоляцию с тщательной проклейкой стыков и обязательной укладкой полотнищ (рулонов, пленки) внахлест с запасом не менее 20 см.

Утепление крыши зависит от региона проживания, его температурного диапазона, планируемой эксплуатации помещений под кровлей, отопления здания в целом и других нюансов. Расчет теплоизоляции здесь подробно излагаться не будет.

Тип и удельный вес выбранных материалов необходимо определить заранее, это требуется для расчета сборной нагрузки от «кровельного пирога» на общую конструкцию и несущие стены.

Определяем высоту, на которую требуется поднять стену

Чтобы обеспечить найденный угол уклона односкатной кровли, необходимо одну из стен поднять выше. Насколько выше узнаем, вспомнив формулы расчета прямоугольного треугольника. По ним находим и длину стропильных ног.

Как высчитать параметры односкатной крыши

При расчете не забудьте, что длина получается без учета свесов, а они нужны чтобы защитить стены дома от осадков. Минимальный свес — 20 см. Но при таком маленьком выступе за пределы здания смотрится односкатная крыша куцей. Поэтому обычно делают свесы не менее 60 см на одноэтажных зданиях. На двухэтажных они могут быть и до 120 см. В данном случае ширина свеса определяется исходя из эстетических соображений — крыша должна смотреться гармонично.

Пример рисунка в ScratchUp

Проще всего определить насколько надо продлить кровлю в дизайнерских программах, позволяющих прорисовать здание в масштабе и «поиграться» со свесами. Отображаться все должно в 3-х измерениях (наиболее популярная программа ScratchUp). Покрутите в ней разные размеры свесов, определитесь, с каким смотрится лучше (это если проекта нет), а потом заказывайте/делайте стропила.