Расстояние между стропилами, определение шага

Расстояние между стропилами — важный параметр, определяющий прочность и долговечность всей кровли. Он подбирается исходя из постоянных и временных нагрузок, конструктивных особенностей здания, характеристик материалов. Наиболее точные расчеты — по нормативной методике, но она достаточно сложная. Можно использовать онлайн калькуляторы или упрощенные таблицы, которые также дают надежные результаты.

От чего зависит шаг между стропилами

Ошибки в строительстве приводят к печальным последствиям. Обрушение крыши — одно из них. Чтобы избежать подобного, на стадии проектирования проводится расчет с учетом всех действующих нагрузок.

Стропила представляют собой наклонные балки, свободно лежащие на двух опорах — мауэрлате и коньке. Они воспринимают нагрузку с грузовой площади, расположенной между двумя стропильными ногами. Как правило, они укладываются с шагом 0,7-1,5 м. Сверху монтируется настил (обрешетка), к которому крепится кровельное покрытие.

Чем уже шаг, тем меньше грузовая площадь, соответственно и нагрузка на одно стропило, и наоборот. При расчете нужно добиться соотношения, при котором обеспечивается оптимальное нагружение конструкций, но отсутствуют недопустимые деформации.

Расстояние между стропилами двускатной крыши: особенности расчета

Подробная методика определения параметров стропильной системы описывается в СП 17.13330.2011. Каждый несущий элемент рассчитывается по двум критериям: прочности и прогибам.

Нагрузка на наклонную балку раскладывается на 2 составляющие — перпендикулярную к оси стропильной ноги и параллельную скату. Это позволяет рассчитать прочность стропил на изгиб и осевое растяжение. Если угол наклона кровли меньше 30°, проекция нагрузки на плоскость ската приравнивается к 0.

Методика расчета заключается в следующем:

1. Производится сбор нагрузок на 1 кв.м кровли. Необходимо найти вес кровельного материала, обрешетки, утеплителя, снеговую и ветровую нагрузку для своего региона.
2. Чтобы определить погонную нагрузку на стропила, задается сечение и шаг между ними в пределах 0,7-1,5 м. Теперь можно найти грузовую площадь как произведение ширины ската и расстояния между стропилами.
3. Нагрузка из равномерно распределенной переводится на погонную умножением на грузовую площадь.
4. Проводится проверка по предельным состояниям, окончательно определяется нужный шаг.

Расстояние между стропилами зависит от их несущей способности и устойчивости к изгибу. А эти характеристики определяются видом древесины, параметрами сечения и длиной стропильной ноги между опорами.

Как рассчитать нагрузки

Нагрузки могут быть постоянными или временными:

• Постоянные — это собственный вес кровли, всех ее конструкций, покрытий, изоляции и т.д.
• Временные — от переносного оборудования, людей, ремонтных материалов, снега, ветра.

При расчете учитывается также действие особых нагрузок — сейсмических, взрывных, в результате пожара или природных катаклизмов. Постоянные, временные и особые нагрузки могут сочетаться, поэтому их суммируют, применяя коэффициенты сочетания. Нагрузки и воздействия, в том числе связанные с климатическими явлениями, определяются по СП 20.13330.2016.

Постоянная

Нагрузка рассчитывается целиком на всю кровлю или на 1 кв.м. К постоянным относятся:

• Вес кровельного покрытия, который можно найти в техническом описании или узнать у производителя. Она указывается в кг/м².
• Вес обрешетки, который для разных кровельных материалов может быть в пределах 15-25 кг/м². Это зависит, сплошной будет настил или разреженный.
• Утеплитель с изоляцией весит приблизительно 10-20 кг/м². Если теплоизоляция не предусматривается, то ее не учитывают.
• Вес самих стропильных ног. Поэтому сразу задаются их параметры, которые определяются из геометрических характеристик кровли и рекомендуемого соотношения поперечного сечения к длине.

Чтобы найти вес всех стропил, плотность древесины умножается на объем одной балки, а затем на их количество. Предварительно нужно знать площадь сечения одного стропила и его длину, а также породу конкретного дерева.

Просуммировав все постоянные нагрузки, необходимо скорректировать полученное значение с повышающим коэффициентом надежности 1,1. Затем эту величину нужно поделить на общую площадь кровли и умножить на грузовую площадь. Это и есть постоянная нагрузка на 1 стропило.

Снеговая нагрузка

Для определения снеговой нагрузки нужно найти нормативный вес снежного покрова по СП 20.13330.2016 для своего региона. Как почистить крышу от снега мы писали тут.

Он указан для горизонтальной поверхности земли. Для перехода на наклонную проекцию нужно учитывать коэффициент µ, который определяется в зависимости от угла ската:

• если наклон меньше или равен 30°, то µ=1;
• при значениях угла от 30 до 60° µ находится в пределах от 0 до 1 (определяется интерполяцией);
• для крутого уклона более 60° µ=0, т.е. снеговая нагрузка не учитывается совсем.

Далее снеговая нагрузка корректируется с учетом коэффициента надежности, который составляет не менее 1,4. Повышение на 40% позволяет сделать запас по прочности на случай экстремального накопления снега.

Ветровая

Воздействие ветра на кровлю зависит от факторов:

• формы и высоты здания;
• угла наклона скатов;
• региона;
• характера окружающей застройки.

Ветровая нагрузка согласно СП классифицируется на основную, пиковую, резонансную и аэродинамическую. При проектировании частных домов можно упростить достаточно сложные расчеты применением коэффициента k, учитывающего изменение давления ветра по высоте и аэродинамического коэффициента с, который принимается по максимуму как 0,8.

Для определения нормативной нагрузки необходимо узнать свой ветровой регион, который может быть от I до VII.

Нормативная нагрузка в зависимости от типа местности и высоты сооружения корректируется коэффициентом k, а также аэродинамическим коэффициентом с.

Коэффициент k может быть как понижающим, так и повышающим. В открытом поле при высоте дома более 10 м он максимальный и составляет 1,25, а в плотной городской застройке для зданий до 10 м он минимальный — всего 0,4.

Аэродинамический коэффициент с определяется в зависимости от угла наклона ската и направления средней скорости ветра. По таблицам приложения СП находится значение для каждого участка кровли как с наветренной, так и подветренной стороны. Далее в расчет включается его максимальное значение коэффициента.

После умножения нормативного давления ветра на все коэффициенты используется повышающий коэффициент надежности 1,4. Он увеличивает расчетную нагрузку для заложения необходимого запаса прочности.

Сочетание нагрузок

Постоянные и временные нагрузки никогда не действуют одновременно. Нужно найти наиболее вероятное их сочетание. Как правило, используются понижающие коэффициенты от 0,3 до 0,8.

Но в случае расчета стропил такими условностями можно пренебречь и просуммировать постоянную нагрузку с временной. После умножения на грузовую площадь можно приступать к проверке правильности назначенного шага и сечения.

От чего еще зависит шаг стропил

Разные породы деревьев различаются по прочности:

• на сжатие вдоль волокон;
• растяжении вдоль и поперек волокон в радиальном или тангенциальном направлении;
• статическом изгибе;
• скалывании.

Высокой прочностью обладают дуб, лиственница и бук, но из-за дороговизны или сложности обработки они в стропильных системах практически не применяются. Оптимальные сочетания характеристик и цены у хвойных пород деревьев.

Для изготовления несущих элементов каркаса крыши используются пиломатериалы не ниже 2 сорта с влажностью не более 15%. Чем ниже сортность, тем больше в древесине пороков и, соответственно, меньше прочность.

Высокая влажность помимо того, что увеличивает вес конструкций, может стать причиной нарушения геометрии уже смонтированной стропильной системы. При усушке часто возникает кручение, растрескивание и другие нежелательные деформации.

Важная характеристика сжато-изгибаемых конструкций, к которым относятся стропильные балки, — сопротивление к изгибу. Оно зависит от размера сечения, а также соотношения его высоты и ширины.

Еще один важный фактор — длина самой стропильной ноги. При большом пролете изгибающий момент возрастает, следовательно, требуется балка более мощного сечения, чем для короткого элемента.

Чтобы уменьшить изгибающую нагрузку при широких скатах, устраиваются промежуточные опоры — стойки, подкосы и т.д. Они разгружают систему и, как следствие, позволяют использовать экономичные пиломатериалы не очень большого сечения.

Расчет по прочности и деформациям

Для стропила как свободно опертой балки длиной, равной пролету между опорами, находится максимальный изгибающий момент от равномерно распределенной нагрузки. Далее определяется действующее напряжение в самом нагруженном сечении. Оно должно быть меньше расчетного сопротивления изгибу для дерева применяемой породы.

Если это условие выполняется, проверяются деформации. Они не должны превышать 1/200 длины пролета. В этом случае шаг и сечение стропил удовлетворяет всем заданным требованиям.

Если какое-либо условие не соблюдается, нужно уменьшить шаг, увеличить сечение балки или применить сразу оба действия. Можно отталкиваясь от необходимого расстояния между стропилами, например под укладку утеплителя, обратным вычислением найти требуемые геометрические параметры сечения.

Для теплых кровель высота сечения стропильной ноги должна быть не менее толщины теплоизолятора, требуемой по теплотехническому расчету для конкретной местности. В умеренных широтах она составляет 200 мм (для минеральной ваты). Даже если по расчету требуется меньшая высота сечения стропил, ее не изменяют. Это позволит избежать установки дополнительных конструкций для закрепления утеплителя. Плиты минеральной ваты просто вставляются между балками, где они удерживаются силами упругого распора.

Рекомендации для различных кровельных материалов

Современные кровельные материалы достаточно легкие, за исключением керамической или цементно-песчаной черепицы. Нагрузку они создают небольшую, поэтому их вес не влияет напрямую на выбор шага между стропилами.

Гораздо важнее угол наклона ската крыши, а также конструкция обрешетки, которые рекомендуются для этих покрытий. Вопрос, какое расстояние между стропилами больше всего соответствует выбранному материалу, нужно решать в комплексе, рассматривая все значимые факторы.

Профнастил

Легкий кровельный материал средней жесткости. Масса 1 кв.метра от 4 до 7 кг. Изготовитель рекомендует применять это покрытие для крыш с углом наклона не менее 7°. Укладывается по сплошной или разреженной обрешетке в зависимости уклона, от марки профнастила, определяющей прочность и жесткость листа.

Шаг между стропилами задается в пределах 0,6-1,2 м. Сечение рассчитывается по нагрузкам или подбирается из таблицы для упрощенного расчета исходя из длины стропил. Как правило, это брус толщиной 40-100 мм и высотой 150-200 мм. Расстояние должно быть одинаковым между всеми стропилами. В конструктивных элементах, не попадающих в плоскость ската — эркерах, вальмах — оно может быть другим.

Металлочерепица

Материал похож по свойствам на профнастил, но с меньшей продольной и поперечной жесткостью. Угол уклона кровли не должен быть меньше 12°. Обрешетка в соответствии с технологией монтажа укладывается с шагом, равным длине волны — 300-400 мм.

Стропила устанавливаются с расстоянием 0,6-1,2 м. Сечение подбирается исходя из длины балки по упрощенной таблице. При таком шаге их несущая способность соответствует требованиям по прочности и допустимым прогибам. Если условия нестандартные, производятся дополнительные расчеты и проверки.

Керамическая черепица

Такое покрытие одно из самых тяжелых, поэтому его весом нельзя пренебречь. Масса 1 кв.м около 50 кг. Чтобы выдержать нагрузку от кровли, требуется устройство мощной стропильной системы.

Обрешетка под черепицу укладывается с шагом, равным длине одного штучного элемента (30-35 см). Она тоже создает довольно высокую нагрузку, но сравнимую с весом обрешетки под металлочерепицу.

При прочих равных условиях — снеговой нагрузке, весе утеплителя, отделки и пиломатериалов, — черепичная крыша тяжелее металлической на 17-20%. Чтобы стропила выдержали этот вес, они часто изготавливаются сдвоенными. Конструкция представляет собой 2 доски, соединенные друг с другом через вкладыши-бобышки. При этом сопротивление поперечного сечения увеличивается так же, как если бы брус был цельный, а затраты на пиломатериалы и вес самих стропильных ног снижаются.

Ондулин

Этот материал внешне похож на шифер, но изготавливается из строительного картона с пропиткой битумом. Вес 1 кв.м от 2 до 6 кг.

Ондулин достаточно жесткий. Он укладывается на обрешетку, конструкция которой определяется углом наклона:

• 5-10° — сплошная из деревянных брусков или листовых материалов;
• 10-15° — с интервалом 450 мм по осям;
• свыше 15° — минимальный промежуток может составлять 600 мм.

Стропильные ноги устанавливаются с шагом 0,6-1,2 м. Он подбирается с учетом не только нагрузок, но и возможности крепления листовой обрешетки. Так наиболее распространенные размеры листов OSB составляют 1220х2440 или 1250х2500 мм.

Асбоцементный шифер

Это достаточно тяжелый материал. Его вес — 10-18 кг/м². Угол наклона не должен быть менее 15°, поскольку на пологих шиферных кровлях возможны протечки из-за того, что в конструкции листа отсутствует замок. Герметичность покрытия обеспечивается только нахлестами.

Благодаря жесткости шифера обрешетка крепится с разрежением. В зависимости от угла наклона и марки материала шаг между отдельными досками может достигать 760 мм.

Стропила укладываются с одинаковыми промежутками, равными 0,8-1,5 м. При монтаже утепленной кровли допускается уменьшать шаг до стандартной ширины утеплителя. Для минеральной ваты он составляет 60 см.

Заключение

Стропила — основной элемент каркаса крыши, который передает нагрузку от кровли на несущие конструкции. Чтобы обеспечить прочность и жесткость системы, производится расчет. Расстояние между стропилами определяется с учетом различных факторов по специальной методике.