Нагрузка от веса утеплителя и внутренней подшивки

Сбор нагрузок на кровлю и стропила

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

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

Сбор нагрузок на кровлю производится в следующем порядке:

1. Определение собственного веса конструкций крыши.

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

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

2. Определение снеговой (временной) нагрузки.

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

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

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

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

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

Остальные значения определяются по методу интерполяции.

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

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

3. Определение ветровой нагрузки.

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

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

4. Определение эксплуатационной (временной) нагрузки.

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

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

5. Переход от нормативной к расчетной нагрузке.

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

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

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

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

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

6. Суммирование.

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

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

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

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

Теперь для наглядности рассмотрим два примера сбора нагрузок на кровлю.

Пример 1. Сбор нагрузок на односкатную монолитную железобетонную кровлю.

Исходные данные.

Район строительства – г. Нижний Новгород.

Конструкция крыши – односкатная.

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

Размеры дома – 10х9 м.

Высота дома – 8 м.

Тип местности – коттеджный поселок.

Конструкций, задерживающих снег на крыше, не предусмотрено.

1. Монолитная железобетонная плита – 100 мм.

2. Цементно-песчаная стяжка – 30 мм.

4. Утеплитель – 100 мм.

5. Нижний слой гидроизоляционного ковра.

6. Верхний слой наплавляемого гидроизоляционного ковра.

Сбор нагрузок.

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

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

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

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

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

Прочие нагрузки воздействующие на крышу деревянного дома

Нормативная нагрузка от веса конструкции, согласно СНиП 2.03.01—84, определяются по данным стандартов или исходя из проектных размеров, учитывая плотность материала, их весовую влажность для условий, предусмотренных применением, и общей эксплуатацией здания. Применяя положения СНиП для определения нагрузки в данных условиях эксплуатации, требует конкретики весовой характеристики конструкции. Далее рассмотрим характеристики постоянных нагрузок:

Постоянная нагрузка от веса кровли

Нагрузка от веса кровли в совокупности зависит от выбора сечения стропил и шага конечной их установки. Влияние свое вносит и материал, выбор которого зависит от предполагаемого уклона скатов.

Традиционно, уклоны скатов одной крыши организуют одинаковым углом. Уклоны скатов кровли имеют зависимость от материала, методик укладки различного материала, притязаний строительного плана, финансовой необходимости, и естественно, от региона построения. Уклоны кровли, превышающие 45°, сбрасывают с себя естественным путем погодные осадки (снег, вода), что предусматривается при возведении зданий в регионах с большой неизменной численностью осадков Повышение угла уклона кровли существенно увеличивает ее цену, потому что наклон больше 45° просит в полтора раза больше издержек в затраченном материале, нежели построение плоской крыши. В районах постройки с большой ветровой силой и малыми осадками, правильно будет возводить кровли пологие, так как ветровая нагрузка на эти кровли действует не в такой мере, как на крутые кровли, но их преимущество на лицо в регионах с объемными осадками и слабыми ветрами, потому что крутые скаты убавляют давление нагрузки погодных осадков, скатывая слои с крыши естественным путем.

Различная нормативная документация выражает уклоны ската крыш по-разному: в виде процентов, градусов или безразмерных величин (соотношение высоты к половине пролета) (рис.). Определение наклона понятнее только в облике безразмерных величин, ведь градус уклона крыши при строительстве никак не измеряют школьным транспортиром. В том числе, когда при возведении не достает проекта, который задает точную вышину установки конька, то поступают старым проверенным способом. Измеряют просвет сооружения, обретая центр пролета, от него вверх ровненькой рейкой ставят высоту, которая одинакова, к образцу, соотношения одной трети половины пролета (уклон 1:3), или половины этого просвета (уклон 1:1), или иную другую на усмотрение.

Свое влияние на угол уклона ската имеет вид материала, применяемый в кровельной работе, учитываются габариты материала, методы и технология его укладки, предугадывают его последующую разумность в ремонтопригодности и доступность к обслуживанию. Для устройства скатной кровли применяются различные материалы, которые доступны на сегодняшний день в неограниченном ассортименте: асбестоцементные и битумные листы (как волнистые, так и плоские), листы со стальной оцинковки, черепицу из керамики, металла и цемента, рубероид и многие другие материалы. Угол крена кровли обозначит кровельный материал, на котором остановится выбор, потому что, чем меньше габариты штучного материала, тем больше необходимо делать наклон крыши, и чем герметичнее при укладке на стыках и плотнее сам материал, тем меньше допустим уклон кровли. Проясняется это большой численностью стыков малого материала, означает огромной вероятностью протекания, но также и утяжелением покрытия, таким образом, если у вас большой вес кровельного материала, значит более отвесный угол крена необходимо задавать скатам. В таблице приведены рекомендуемые углы кренов скатных кровель.

В таблице можно найти данные с рекомендованными углами кренов скатных кровель различных материалов и со средним весом на метр квадратный, которые взяты из экспериментов практики, также из нормирующих документов. Но способы и составные производства кровельных материалов в нашу эпоху непрерывно улучшается: понижается масса и модернизируется техническая черта любого изделия, поэтому избирая определенный товар необходимо, прежде всего, ориентироваться данными технической документации, прилагаемой к материалу.

Обрешетка представляет собой несущую конструкцию кровли, к которой крепится собственно сама кровля. Влияние обрешетки вступает в цельную тяжесть крова. Обрешетки различимы между собой двумя видами: разреженная и сплошная (рис.). Разряд обрешетки, размер сечения и ее ход крепления обозначит подобранное кровельное покрытие.

Кровельные жесткие материалы, которые способны сами выносить на себе ветровые и снеговые нагрузки, не прогибаясь и не разрушаясь, позволяют выбрать для обрешетки разреженный вид, который выполняют из пиленых брусьев, деревянных жердей или П-образных решетин из оцинкованного металла.

Покрытие из крупного штучного материала, например, цементноволокнистыми асбестоцементными листами, предполагает под собой ход таким, чтобы каждый лист удерживали три решетины, традиционно шаг составляет 60 см. В таковых вариантах отдают предпочтение шпале с сечением 60?60 мм, возможно и меньшее высекание 40?60 мм, но тогда шаг делают чаще. Шаг обрешетки под целлюлозобитумные листы волнистого типа, например, ондулин, выбирают исходя от уклона кровли уже имеющегося, например, таким образом: 45 см шага для уклонов в интервале 1:6-1:4 и 60 см шага для уклонов более 1:4, а с уклоном меньше 1:6 под ондулин делают сплошную обрешетку.

Если выбор лег на материал для покрытия крыш небольших размеров, например, черепица, ход обрешетки принимают подобный, чтобы каждая единица легла на две жерди, где серединный ход обрешетки 33 см. При расчете нагрузки от веса кровли есть надобность заблаговременно сделать выбор типа покрова, чтобы более точно определить шаг обрешетки. Покрытия крыш иногда выполняют в два слоя, что дает надобность подбирать брус сечением 60?60 мм, так же и при утяжеленной укладке; один слой перекрытия позволяет использовать бруски с размерами сечения 50?60 мм или 50?50 мм.

При покрытии из профнастила и его видов, избирают ход исходя из его возможности к деструкции, практикуют шаг в таких случаях 35-40 см и приравнивается он поперечному расстоянию шага профиля самой металлочерепицы, где используем доски с ширина около 100 мм.

Под мягкими кровельными материалами используют сплошную обрешетку, это понятие не обозначает, что доски должны лежать впритык друг к другу, традиционно друг к другу крепят две верхние и две нижние решетины, а остальные должны образовывать зазоры приблизительно 2-5 см. Решетины предполагаются быть изготовленными из окромленого или же не кромленого теса в толщи 2-2,5 см. Применение не кромленых досок подразумевает их размещение сообразно скату крыши по типу комель к вершине, однако обзол с теса непременно необходимо сбросить.

Стальная кровля позволяет обрешетку выполнять как сплошные, так и разреженную, которая делается из брусьев с сечением 50?50 мм, доски размерами 50?120 (140) мм, а сплошную обрешетку – из доски толщиной 30-40 мм, где бруски размещают через 200-250 мм один от другого. Каждый промежуток в 140 см занимают доски с такой же толщиной, как и бруски, ширина их должна составлять до 14 см. Конек сбивается из дощечек, ширина которых 20 см.

Использование новейших кровельных материалов повлекло за собой использование контробрешетки, которая является второй, обычно сплошной обрешеткой, выложенной под определенным углом к основной первой, наклон при этом составляет около 45°, что позволяет уложить любой вид кровли и увеличивает жесткость крыши. В современное мире сплошная рама фактически никак не используется, заменили эту конструкцию сплошной обшивкой водоустойчивость доской, плитами OSB (табл.). Приближенное значение веса материала покрытия можно взять из предыдущей таблицы, а вес обрешетки необходимо рассчитывать исходя из конструкции кровли и подобранного материала. Бруски из хвойных пород деревьев применяют в деревянной обрешетке, их вес объема одного кубометра равняется 500–550 кг/м?, а если использовать фанеру или OSB, то их вес составит 600–650 кг/м?.

Нагрузка от веса внутренней подшивки и утеплителя

Окончив кровельные работы необходимо подготовить работы по утеплению чердачного помещения. Утепление дает значительное энергосбережение здания, и неправильно произведенное утепление может не дать того результата, который преследовался. В нежилом чердачном помещении утепляют только перекрытие, т. е. пол чердака, а жилое чердачное помещение, которое используются круглый год, утепляют целиком и полностью: скаты крыш, части перекрытия и боковые стены, а значит, добавляется вес внутренней подшивки и утеплителя, что дает дополнительную нагрузку, воздействующую на стропильный каркас.

Мансарду внутри (рис.) можно отделать несколькими видами подшивок: фанерой, гипсокартоном, панелями МДФ или деревянной вагонкой. Вес обшивки меняется с типом выбранного материала, который воздействует на стропильную конструкцию. Мы уже знаем, что вес гипсокартона при влажности до 1% составляет 850 кг/м?, и рассчитать нагрузку от веса обшивки можно умножив вес объема материала на толщину подобранной обшивки.

Закладываемая толщина утеплителя станет изменяться в зависимости от ареала стройки, которые различаются температурными признаками, где логично, что в регионах с низкими показателями температуры наружного воздуха толщина изоляции закладывается больше, чем в районах с высокой средней температурой. Как следствие, от вида утеплителя, его массы и толщины, находится в зависимости доборная перегрузка на стропильный каркас. Для мансардных чердаков рекомендованы материалы для утепления с теплопроводностью коэффициента не больше 0,04 Вт/м?°С.

Наиболее ценный и полный расчет утепления покрова делается по СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» и СНиП 23-01-99 «Строительная климатология», где выявляется толщина утеплительного материала, учитываются колебания температуры в конструкции с зависимостью от наружного воздуха и отопления, учитывается увлажненность воздуха, не допускающая температуры точки росы на поверхностях внешних и внутренних конструкции. Самому произвести полный расчет достаточно сложно, лучше обратиться к специалистам.

Сделаем замечание, что не весь изоляционный материал, имеющий коэффициент теплопроводности около 0,04 Вт/м?°С, может обладать столь низким весом, который можно было бы и не брать в счет, многие из них достаточно тяжелые и не возможно будет не учесть дополнительное давление на систему стропил от веса утеплителя.

Нагрузка несущей конструкции крыши от собственного веса

Нагрузка от собственного веса – определяется по проектным значениям конструктивных и геометрических параметров, по усредненным значениям плотности с учетом данных, предоставляющимися изготовителями об ожидаемом весе конструкции (например, нагрузку от веса перекрытия находим по толще слоев – рулонного покрытия, стяжки утеплительного материала, несущей плиты и прочее) и усредненной плотности материалов.

Совокупности нагрузок

По классификатору нагрузок мы рассмотрели все самые основные, но все перегрузы могут действовать на сооружение не одновременно. В основном, при расчетах учитывают разные сочетания нагрузок. Сочетание включает в себя все постоянные перегрузы, длительные временные и кратковременную одну, оказывающая наибольшее влияние. Существуют регионы, зимние периоды которых затяжные и предполагают эти периоды воздействие всех нагрузок одновременно на стропильную систему: собственный вес стропильной системы, веса снега, давления ветра и утеплителя. В другой период года количество этих воздействий исчезает, например, давление снежного покрова, но все же конструкцию рассчитывают на полный комплекс этих нагрузок в совокупности. Сложим арифметически все нагрузки и умножим на 1,1, но если есть полная уверенность, что вы все делаете правильно, то коэффициент 1,1 не применим. Тем самым, мы рассчитываем нагрузку при самых сложных условиях и дополнительно закладываем прочность в расчеты.

В подсчеты главного максимального состояния снеговой перегрузки в стареньких нормах вводился показатель 1,4 – коэффициент прочности, но в новой редакции СНиП 2.01.07-85 его исключили, в связи с конфигурацией нормативного значения, и в дальнейшем мы включать коэффициент в расчеты не будем.

Расчеты несущих конструкций кровли (прогонов, обрешетки и стропил) производятся по двум предельным состояниям, при которых сооружения прекращают соответствовать предъявляемым к ним в самом процессе эксплуатации потребностям: прогиб и разрушение.

1. Совокупная нагрузка, что действует на кровлю, предполагает полный расчет на разрушение — это расчетная нагрузка, включающая в себя ветровую нагрузку, которая зависит от выси сооружения и угла уклона скатов крыши, полный вес снегового покрова, согласно с таблицей, свой вес (прогонов, стропил, обрешетки, подшивки и утепления).
2. Подсчеты, учитывающие прогиб, проводятся сообразно цифре нагрузок, а вес снега принимают с показателем 0,7 (понижающий коэффициент). Эту нагрузку называют расчетной нормативной нагрузкой или проще нормативной нагрузкой.

Правильный расчет стропильной конструкции должен совмещать в себе оба вида нагрузок, действующих по площади (нормативная и расчетная) и переводиться в линейные нагрузки.

Сведение нагрузок

Перегрузки, которые мы рассмотрели выше, ориентируются по СНиП и техническим чертам используемых материалов, эти перегрузки показывают сплошное влияние слоев покрытия, давления ветра и веса снегового покрова и предоставляют характеристики в виде кг/м?. В системе кровли присутствуют несколько конструкций несущего характера: стропила, решетины и прогоны, и каждая из них берет на себя нагрузку только ту, которая действует на нее конкретно, а не на всю кровлю в целом. Они представляют собой линейные конструкции, которые должны рассчитываться на общее давление каждого метра длины этого составляющего, что предполагает перевод единицы измерения кг/м? в кг/м.

На каждую стропилину давит исключительно та нагрузка, которая располагается над ней. Делаем вывод, что общую умеренно распределенную нагрузку необходимо умножить на шаг крепления стропил (рис.). Установку шага стропил выбирают, обычно, с зависимостью от объемов строения. К примеру, понадобится 7 стропил для установки с шагом 1 м на стене в 6 м. Но протяженность стенки в 6 м еще отлично распределяется и на шаг 1,2 м, тогда выйдет 6 стропилин либо на шаг 1,5 м— будет нужно 5 стропилин. Для таковой длины стенок, можно использовать шаг и в 3, и в 2 м, однако станет вопрос в необходимости усиленной обрешетки. Традиционно шаг крепления стропил не практикуют более 2 м, а для крыш утепленных, его принимают по размерам плит утеплителя 1,2, 0,8, 0,6 м. Иными словами, длина шагов стропил выбирается в каждом случае своя, зависящая от протяженности стенок строения, чтобы по всей длине было место размещения единого количества стропил и отдаление между ними было схожим. Единственный нюанс подбора шага стропил может быть только денежный, поэтому необходимо рассчитать несколько вариантов установки стропильной системы, сопоставляя расходы материала. Конфигурация ширины шага крепления стропил, следовательно, конфигурация площади сбора общей перегрузки над стропилом, дает возможность увеличивать либо убавлять нагрузку.

Отдаление крепления решетин невозможно видоизменять на свое личное усмотрение, потому что это расстояние задается используемым подобранным кровельным материалом и его объемами, где предусмотрительно подбирается сечение решетин. Пространство крепления прогонов определяется конструктивно либо после расчетов шага и сечения брусьев, которые рассчитываются на сосредоточенные силы от давления стропил. Перегрузка на брусок либо дощечку обрешетки разбирается сходственно расчетной перегрузке на стропила, маршрутом умножения перегрузки на шаг установки решетин.

Вот и все. Теперь вы знаете про все нагрузки, которые будут воздействовать на крышу вашего деревянного дома. Учитывайте их все при расчетах, тем самым страхуйте себя от незапланированного ремонта крыши.

Строительные калькуляторы – ProstoBuild.ru

Расчет стропильной системы крыши

– Стропильная нога (стропила) – основной элемент стропильной системы. Изготавливают чаще всего из бруса шириной 50-100 мм, высотой 100-200 мм.
– Мауэрлат – элемент стропильной системы, который укладывается на несущие стены и равномерно передает нагрузку от стропильных ног на стены. Сечение мауэрлата чаще всего 100х100, 100х150 либо 150х150 мм.
– Прогон – элемент стропильной системы. Передает нагрузку стропильных ног на стойки, а также обеспечивает дополнительную жесткость стропильной системы. Сечение 100х100, 100х150 либо 100х200 мм.
– Лежень – элемент стропильной системы. Функции лежня схожи с мауэрлатом (это перераспределение точечной нагрузки от стоек/стропильных ног в распределенную нагрузку на несущие стены). Разница в том, что на мауэрлат опираются стропильные ноги, а на лежень – стойки. Сечение 100х100, 100х150 либо 150х150 мм.
– Стойка – вертикальный элемент стропильной системы, служащий для передачи нагрузки от стропильной ноги на лежень. Сечение 100х100, 100х150 мм.
– Подкос – элемент стропильной системы, который служит для подпорки стропильной ноги и снятия с нее части нагрузки. Сечение 100х100, 100х150 мм.
– Затяжка – горизонтальный элемент стропильной системы, служащий для восприятия распорной нагрузки от стропильных ног на несущие стены. Сечение 50х150 мм.
– Обрешетка – элемент стропильной системы, предназначенный для передачи нагрузки кровли на стропильные ноги.
– Кобылка – элемент стропильной системы, который используется как продолжение стропильной ноги и служит главным образом для экономии материала, либо просто при недостаточной длине стропильной ноги. Сечение 50х150 мм.

Расчет размеров, определение угла наклона

1. Когда у Вас есть пролет и угол наклона
2. Когда у Вас есть пролет и высота конька

Расчет по пролету и углу наклона:

Длина стропильной ноги будет состоять из суммы двух длин:

где L1 = C / cos a
L2 = B / cos a
C – выступ стропильной ноги (см. рисунок)
B – ширина пролета (см. рисунок)
а – угол наклона в градусах (если у вас угол дан в промилях или процентах – можете перевести у нас на калькуляторе)

Расчет по пролету и высоте конька:

Длина стропильной ноги L в обоих случаях будет максимально приближена в реальному размеру.

Сбор нагрузок на стропильную систему

1. Снеговая нагрузка
2. Ветровая нагрузка
3. Постоянная нагрузка от:
– Вес кровельного материала
– Вес обрешетки
– Вес утеплителя
– Собственный вес стропильной системы

Для начала давайте узнаем грузовую площадь на стропильную ногу. Грузовая площадь – это площадь, с которой нагрузка действует на расчетную конструкцию (стропильную ногу).

На рисунке показаны две грузовые площади (заштрихованы): на стропильную ногу №1 (F=L·D) и на стропильную ногу №2 (F=0,5·D·L). Логично, что площадь №2 в два раза меньше, чем площадь №1, а следовательно и стропильная нога №2 несет нагрузку в 2 раза меньше и сечение ее должно быть меньше, но с целью унифицирования конструкций стропильных ног, мы будем рассчитывать наиболее нагруженную и полученное сечение принимать для всех.

Например: длина стропильной ноги (возьмем с предыдущего примера) L=6410 мм, а расстояние между ними 900 мм. Следовательно, грузовая площадь на наиболее нагруженную стропильную ногу будет равна:

Перевести мм2 в м2 можно здесь.

Снеговая нагрузка – это основная нагрузка, которая действует на стропильную систему.

Искомая величина снеговой нагрузки равна

– если угол а ≤ 30 градусов, то μ=1
– если угол 30 Расчет стропильной системы

Расчет на прочность стропильной ноги будет основываться на следующей формуле:

Где M – максимальный изгибающий момент
W – момент сопротивления поперечного сечения изгибу
Rизг – расчетное сопротивление изгибу (1-ый сорт древесины – 14 Мпа, 2-ой сорт– 13Мпа, 3-ий сорт – 8,5Мпа)

Момент сопротивления прямоугольного сечения:

Где b – ширина сечения стропильной ноги
h – высота сечения стропильной ноги

Если задаться, что высота h в 1,5 раза больше чем ширина b, то в итоге мы будем иметь следующую формулу.

Если задаться, что высота h в 2 раза больше чем ширина b, то в итоге мы будем иметь следующую формулу.

Исходные данные – сосна 1 сорт, а геометрия и нагрузки такие же как в примерах выше.

Максимальный изгибающий момент рассчитаем у нас на калькуляторе путем ввода значений, посчитанных выше либо по формуле M=q·L1·L1/8 (менее точная):

L1 = 5189 мм – основной пролет
L2 = 1221 мм – правая консоль
q = 335,88 кг/м – нагрузка q

Результатом будем иметь максимальный изгибающий момент M=1008,7 кг·м

Переведем наш момент из кг*м в Н*мм.

Зададимся отношением h/b=1,5, следовательно, формула прочности будет иметь следующий вид:

Принимаем b = 125 мм, а высота h тогда будет 1,5·125=187,5 мм. Принимаем h =200 мм.

Полученное сечение стропильной ноги – 125х200 мм

Если задались бы отношением h/b=2, то получили бы следующее:

Принимаем b = 125 мм, а высота h тогда будет 2·125=250 мм. Принимаем h =250 мм.

Полученное сечение стропильной ноги – 125х250 мм

Итак, в г. Томск для крыши под углом 35 градусов с шагом стропил 900 мм из сосны I сорта, высотой до конька 7м с профнастилом в качестве кровельного материала подойдут стропила сечением 125х200 мм.

Подводя итог, можно сказать, что рассчитать стропила отнюдь не сложно, главное – внимательно собрать и рассчитать все данные.

Устройство перекрытий в каркасном доме

Пол и потолок в каркасном доме – это горизонтальные поверхности, ограничивающие и ограждающие его внутренний объём. Они монтируются на перекрытиях, являющихся частью силового каркаса дома. И в этом смысле значение перекрытий трудно переоценить. Кроме того, что они замыкают на себе вертикальные стены, образуя единую прочную пространственную конструкцию, перекрытия обеспечивают жёсткость пола и потолка, а также теплоизоляцию и шумозащиту всего дома.

Конструкция балок перекрытий

Как строение перекрытий, так и используемые для них материалы зависят от их места и назначения в доме. В каркасном доме различаются три типа перекрытий: половые, потолочные (чердачные) и межэтажные.

Задача первых – обеспечить необходимую прочность и жёсткость пола. Потолочные перекрытия поддерживают только потолочную отделку и слой утеплителя, порой очень внушительный.

Межэтажное перекрытие выполняет функции как полового, так и потолочного, являясь носителем пола верхнего этажа и потолка нижнего.

Самая неприятная нагрузка на рассматриваемую конструкцию – вертикальная. Поэтому основа перекрытия рассчитывается исходя из необходимости минимизировать вертикальные прогибы.

В каркасном доме перекрытия в подавляющем большинстве случаев изготавливают из хвойных пород дерева, таких как сосна, ель или лиственница. Основой являются половые лаги или потолочные балки. Именно они принимают на себя все нагрузки перекрытия, передавая их потом на верхнюю или нижнюю обвязки, а также на внутренние стены или фундамент.

Балками перекрытий может служить обработанный на два или четыре канта круглый лес, брус или устанавливаемые на ребро доски толщиной не менее 80 мм. Допустима замена толстых досок спаренными более тонкими, например, толщиной 50 мм. Главное, прочно и надёжно «сшить» их между собой. Более сложный, но выигрышный с точки зрения жёсткость/цена вариант – устройство из досок коробчатой конструкции или двутавра.

Типоразмер несущих балок определяется в зависимости от пролёта, нагрузки и допустимого прогиба. Эта величина справочная, и при необходимости соответствующие таблицы несложно найти в Сети. Типовая конструкция каркасных домов позволяет зафиксировать средние значения нагрузок, по которым можно определить сечение опорных балок.

Так, нагрузка на перекрытия состоит из постоянной составляющей – собственной их массы, а также из переменных нагрузок, которые появляются при эксплуатации дома. Собственная масса одного квадратного метра межэтажных и половых перекрытий каркасного дома зависит от их конструкции, используемого утеплителя и звукоизолятора и обычно составляет 210—230 кг.

Собственный вес чердачных перекрытий выше, так как здесь используется большее количество изолирующих материалов. Он может составлять от 260 до 300 кг. Однако переменные нагрузки у чердачных перекрытий меньше и как правило не превышают 100 кг на квадратный метр, тогда как для межэтажных перекрытий этот показатель в два раза выше.

Для того чтобы рассчитать полную нагрузку на перекрытие, необходимо сложить постоянную и переменную составляющие. Учитывая длину пролёта балок и их профиль, по таблице находим площадь сечения. Аналогичным способом определяется и расстояние между балками, которое обычно составляет от 0,5 до 1 м.

Балки перекрытия устанавливаются на обвязку и крепятся либо с помощью металлических уголков, либо врубаются прямо в обвязочный брус (доску). Для межэтажных и чердачных перекрытий имеется требование: балки должны устанавливаться только над вертикальными стойками каркаса стен.

Если в этом случае шаг балок перекрытия не совпадёт с расчётным, последний необходимо уменьшить до величины, кратной шагу каркасных стоек.

Настилы и подшивка

После установки и закрепления балок на них устраивается настил (сверху) и подшивка (снизу). Межэтажное перекрытие требует подшивку, которая поддерживает только свой вес, декоративные потолочные элементы, а также небольшой вес звукоизолирующего материала. Поэтому требования к несущей способности минимальны. В качестве такой подшивки в каркасном доме может быть использован практически любой листовой материал, например – потолочный гипсокартон, который к тому же значительно увеличивает огнестойкость здания.

Подшивка чердачного и полового перекрытия должна выдерживать значительно больший вес утеплителя и других элементов конструкции перекрытия. Поэтому её делают из шпунтованной доски толщиной 30 мм.

Другим вариантом является устройство наката. В нижней части балок перекрытия с боковых сторон на всю их длину набиваются так называемые черепные бруски. Обычно для этой цели используют рейку сечением 30х50 мм. И на них уже укладываются щиты наката: доски или любой листовой материал, способный выдержать вес изолятора, например, фанера. В этом случае вся нагрузка от веса внутренних элементов перекрытия ложится на накат. А подшивке остаётся только поддерживать вес потолочной отделки.

В каркасном доме различают два вида настилов: ходовой и черновой. Ходовой настил используется на чердаке для обеспечения возможности перемещения по нему. Кроме того, ходовым настилом является чистовой дощатый пол. Оба вида устраиваются креплением досок либо непосредственно на балки (половые лаги), либо через упругие прокладки.

Но различаются качеством укладки: доски ходового настила сплачиваются, тогда как доски чернового пола прибиваются с зазором, необходимым для движения воздуха с обратной стороны чистового пола. На чердаках, которые не планируется эксплуатировать, можно обойтись без верхнего настила. Вместо этого укладывают так называемые проходные доски по маршруту аварийного прохода.

«Начинка» перекрытия

Перекрытия любого типа имеют сходное строение. На накат или непосредственно на подшивку укладывают пергамин, толь или просто полиэтиленовую плёнку. Сверху засыпают или настилают изолирующий материал. Засыпают, естественно, сыпучие утеплители, такие как керамзит, печной шлак, перлит и т. п. Настилают листовые или рулонные утеплители: пенопласт, стекловату и т. д.

Следует обратить внимание, что утеплять необходимо только половые и чердачные перекрытия, а межкомнатные перекрытия только шумоизолируются акустической минеральной ватой. Необходимое количество утеплителя определяется по таблицам в зависимости от его вида и среднезимной температуры воздуха.

Полезный совет: после засыпки утеплителя в чердачное перекрытие его рекомендуется пролить сверху песчано-цементным или известковым раствором. Это мероприятие заметно замедлит разрушение утеплителя и продлит срок его службы.

Обеспечение оптимальных условий эксплуатации

Учитывая важность перекрытий для обеспечения нормального функционирования каркасного дома, необходимо создать им надлежащие условия для сохранения прочностных характеристик в течение всего срока службы дома. И важнейшим из внешних факторов, оказывающим негативное воздействие на деревянные конструкции перекрытия, является влага.

Любое перекрытие в большей или меньшей степени препятствует свободному перемещению воздуха, содержащего водяной пар. И при определённых условиях (перепад температуры, влажность воздуха) на деревянных деталях перекрытия конденсируется влага. При отсутствии достаточного движения воздуха древесина долго остаётся мокрой, что чревато следующими последствиями.

Во-первых, дерево впитывает влагу и набухает, изменяя свои линейные размеры. А это, в свою очередь, создаёт повышенные напряжения в конструкции. Несколько циклов «набухания – высыхания» могут привести к потере прочности соединений деталей перекрытия, что сделает их эксплуатацию затруднительной, если не невозможной.

Во-вторых, влажная целлюлоза – очень хорошая среда для роста плесени, которая может разрушить балки перекрытия за 2-3 года. Проблема влажности остро стоит для перекрытий пола, в значительно меньшей степени – для чердачных перекрытий и вообще не актуальна для межкомнатных.

Поэтому для обеспечения нормальной циркуляции воздуха в цоколе рекомендуется оборудовать вентиляционные продухи или колодцы.

Особого внимания требуют деревянные перекрытия в помещениях с повышенной влажностью (ванная, туалет, кухня и т. п.). Здесь перекрытия целесообразно дополнять гидроизоляционным слоем. А вот от нижней подшивки лучше отказаться, ограничившись одним накатом. С одной стороны, это улучшит воздухообмен, с другой стороны, позволит держать под контролем состояние деталей перекрытия.

Как вы смогли заметить, в каркасном доме устроить перекрытие не так уж и сложно. Главное – сделать всё правильно. И тогда вы не будете вспоминать о его существовании, пока живёте в доме.

Сбор нагрузок на стену первого этажа

Начинаем публикацию статей по расчету кирпичных стен. Прежде, чем приступить к расчетам, необходимо собрать нагрузки. На стены здания в пределах каждого этажа действуют нагрузки от вышележащих этажей, нагрузки от плит перекрытия рассматриваемого этажа и собственный вес отдельных участков стен.

Для начала давайте определимся, какие же нагрузки бывают?

Нагрузки бывают:

– расчетные – значения расчетных нагрузок определяются путем умножения нормативных на коэффициент надежности по нагрузке (γ_ƒ)

Также они классифицируются на:

– временные, которые в свою очередь бывают:

К постоянным относится собственный вес конструкций, который находится путем умножения объема на плотность.

К кратковременным относятся нагрузки от людей, снега, ветра (полные значения) и пр.

К длительным – перегородки, оборудование и пр., а также пониженные кратковременные от людей и снега.

В СНиПе указаны дополнительно особые нагрузки, но в данном примере они нас не интересуют.

Давайте для наглядности представим, что нам необходимо произвести сбор нагрузок на стену первого этажа двухэтажного коттеджа. Высота этажа 3м, длина 6м. Перекрытия железобетонные толщиной 220мм. Для упрощения расчетов принимаем плоскую рулонную кровлю.

Для начала произведем подсчет нагрузок на 1 м 2 перекрытия и покрытия и внесем данные в таблицу. Предположим, что пол второго этажа состоит из стяжки, поверх которой уложен ламинат. Покрытие второго этажа состоит из пароизоляции, утеплителя, цементно-песчаной стяжки и трехслойного гидроизоляционного ковра.

Собственный вес плиты перекрытия 0,22м*1м*1м*2,5 т/м 3

Теперь нам нужно определить грузовую площадь. Чтобы лучше понять, что такое грузовая площадь, посмотрим на картинку ниже.

Если нагрузка собирается для 1 погонного метра стены, то грузовая площадь будет равна произведению 1-го метра на половину расстояния между наружной и внутренней несущей стеной.

Розовым цветом отмечена грузовая площадь для средней стены, а зеленым цветом – для наружных стен.

Таким образом, для рассматриваемого нами участка кладки грузовая площадь будет равна 1м*2м=2м 2

Перемножив грузовую площадь на значения из таблицы, получим нагрузку от перекрытия и покрытия для 1 погонного метра кирпичной кладки.

От покрытия:

– постоянная – 0,749*2=1,498 т

– временная – 0,245*2=0,49 т

Полная P₂= 0,994*2=1,988 тонны

От перекрытия:

– постоянная – 0,69*2=1,4 т

– временная – 0,2*2=0,4 т

Полная P₁= 0,89*2=1,8 тонн

Осталось посчитать вес кладки второго этажа (G₂) и вес парапета (G_п). Высота 2го этажа – 3 м, парапета – 0,7 м. Толщина – 0,25 м, плотность кладки – 1,8 т/м 3 .

Вес 1 погонного метра равен:

Полная нагрузка, которая действует на 1 пог.м кладки первого этажа составит:

Для дальнейших расчетов нам также понадобится значение длительной продольной силы. Она равна сумме постоянной нагрузки от перекрытий и покрытий, веса вышележащих стен и длительной временной от перекрытий и покрытий. В нашем примере длительную временную мы не рассматривали.

Теперь, когда все нагрузки собраны, можно приступать к Расчету стены на прочность.

Статья была для Вас полезной?

Межэтажное перекрытие по деревянным балкам: расчёт по сборным нагрузкам и допустимому прогибу

Если проектируется строительство двухэтажного или одноэтажного дома, но с подвалом или чердаком, необходимо правильно рассчитать и возвести межэтажные перекрытия. Рассмотрим этапы и нюансы выполнения перекрытия по деревянным балкам и выполним расчет сечений балок, обеспечивающих достаточную прочность.

Устройство межэтажных перекрытий нуждается в особом внимании, ведь выполненные «на глазок», они могут не выдержать приходящихся на них нагрузок и обрушиться, либо потребовать излишних, не мотивированных затрат. Поэтому нужно всесторонне обдумать и рассчитать один или несколько возможных вариантов. Окончательное решение можно принять, сравнив стоимость или доступность приобретения материалов.

Требования к межэтажным перекрытиям

Межэтажные перекрытия обязаны выдерживать постоянные и переменные нагрузки, то есть кроме собственного веса выдерживать вес мебели и людей. Они должны быть достаточно жёсткими и не допускать превышение максимального прогиба, обеспечивать достаточную шумо- и теплоизоляцию.

Перед работой советуем ознакомиться с материалами, изложенными в СНиП II-25–80 (СП 64.13330.2011), там много полезной информации.

Удельные нагрузки от мебели и людей для жилого помещения принимаются согласно нормам. Однако если планируется установка чего-то массивного, например, аквариума на 1000 л или камина из натурального камня, это обязательно нужно учитывать.

Жесткость балок определяется расчётом и выражается в допустимом изгибе на длину пролёта. Допустимый изгиб зависит от вида перекрытия и материала покрытия. Основные предельные прогибы, определяемые СНиП, приведены в таблице 1.

Таблица 1

Учтите, что напольное покрытие в виде керамической плитки или бетонной стяжки, склонной к растрескиванию, могут ещё более ужесточить требования по допустимому прогибу, особенно при достаточно длинных пролётах.

Чтобы снизить нагрузки на балки, следует при возможности располагать их параллельно коротким стенам, с одинаковым шагом. Максимальная длина пролёта при перекрытии их деревянными балками — 6 м.

Типы межэтажных перекрытий

По назначению перекрытия делятся на:

• межэтажные;
• чердачные;
• подвальные (цокольные).

Особенности их конструкции заключаются в допустимых нагрузках и устройстве паро- и теплоизоляции. Если чердак не предназначается для проживания или хранения массивных предметов, переменные нагрузки при расчёте прогиба можно уменьшить до 50–100 кг/м 2 .

Теплоизоляция между двумя жилыми этажами может показаться излишней, но шумоизоляция для большинства желательный параметр, а достигается это, как правило, одними и теми же материалами. Следует принимать во внимание, что чердачные и подвальные перекрытия нуждаются в более толстом слое теплоизоляционного материала. Плёночный материал для пароизоляции в чердачном перекрытии должен быть расположен под слоем утеплителя, а в подвальном — над ним. Для профилактики возникновения сырости и поражения конструкций грибком, все помещения должны быть оборудованы вентиляцией.

Варианты перекрытий: 1 — дощатый щит; 2 — пароизоляция; 3 — теплоизоляция; 4 — разреженный настил; 5 — доски; 6 — напольное покрытие

Конструкция перекрытий также может быть различной:

• с открытыми и скрытыми балками;
• с различными типами несущих балок;
• с разными материалами заполнения и обшивки перекрытия.

Скрытые балки зашиты с обеих сторон и не видны. Открытые — выступают из потолка и служат элементами декора.

На рисунке ниже показано, какой может быть структура перекрытия мансардного этажа со щитовым накатом и с подшивкой из досок.

а — со щитовым накатом; б — с подшивкой из досок; 1 — дощатый пол; 2 — полиэтиленовая пленка; 3 — утеплитель; 4 — пароизоляция; 5 — деревянные балки; 6 — черепные бруски; 7 — щитовой накат; 8 — отделка; 9 — подшивка из досок

Виды креплений и соединений деревянных балок

В зависимости от конструкции и материала несущих стен деревянные балки крепятся:

• в предусмотренные в кирпичной или блочной кладке гнёзда, заглубив брус или бревно не менее 150 мм, а доску не менее 100 мм;
• на предусмотренные в кирпичной или блочной кладке полочки (уступы). Применяется в случае, если толщина стены второго этажа меньше, чем первого;
• в вырезанные пазы в бревенчатых стенах на глубину не менее 70 мм;
• к брусу верхней обвязки каркасного дома;
• к металлическим опорам-кронштейнам, закреплённым на стенах.

1 — опора на кирпичную стену; 2 — раствор; 3 — анкер; 4 — изоляция толем; 5 — деревянная балка; 6 — опора на деревянную стену; 7 — болт

Если длины балки не хватает, можно её удлинить, соединив (срастив) по длине одним из известных способов с помощью деревянных штырьков и столярного клея. При выборе типа соединения руководствуйтесь направлением приложения нагрузки. Сращенные брусы желательно усилить металлическими накладками.

а — сжатие; б — растяжение; в — изгиб

О деревянных балках перекрытия

В строительстве используют балки прямоугольного, круглого или частично круглого сечения. Наиболее надежными являются пиломатериалы прямоугольного сечения, а остальные применяют в условиях отсутствия бруса или из соображений экономии, при наличии таких материалов в хозяйстве. Ещё большей прочностью обладают клееные материалы из древесины. Балки из клееного бруса или двутавра могут устанавливаться на пролёты до 12 м.

Самый недорогой и востребованный вид древесины — сосна, но используют также и другие породы хвойных — лиственницу, ель. Из ели делают перекрытия в дачных, небольших домиках. Лиственница хороша для строительства помещений с повышенной влажностью (баня, бассейн в доме).

Отличаются материалы также сортностью, которая влияет на несущую способность балок. Сорт 1, 2 и 3 (см. ГОСТ 8486–86) подходят для балок перекрытия, но 1 сорт для такой конструкции может быть излишне дорогим, а 3 сорт лучше использовать на небольших пролётах.

Расчет несущих балок

Для определения сечения и шага балок необходимо рассчитать нагрузку на перекрытие. Сбор нагрузок выполняют по методике и с учётом коэффициентов, изложенных в СНиП 2.01.07–85 (СП 20.13330.2011).

Расчет нагрузок

Общая нагрузка рассчитывается суммированием постоянной и переменной нагрузки, определённых с учётом нормативных коэффициентов. При практических расчётах сначала задаются определённой конструкцией, включающей и предварительную раскладку балок определённого сечения, а затем корректируют, исходя из полученных результатов. Так что на первом этапе выполните эскиз всех слоёв «пирога» перекрытия.

1. Собственная удельная масса перекрытия

Удельная масса перекрытия складывается из составляющих её материалов и делится на горизонтальную суммарную длину балок перекрытия. Для расчёта массы каждого элемента нужно рассчитать объём и умножить на плотность материала. Для этого воспользуйтесь таблицей 2.

Таблица 2

Для древесных материалов и отходов плотность зависит от влажности. Чем выше влажность — тем тяжелее материал.

К постоянным нагрузкам относятся и перегородки (стены), удельный вес которых принимается ориентировочно 50 кг/м 2 .

2. Переменная нагрузка

Обстановка комнаты, люди, животные — всё это переменная нагрузка на перекрытие. Согласно табл. 8.3 СП 20.13330.2011, для жилых помещений нормативная распределённая нагрузка составляет 150 кг/м 2 .

3. Суммарная нагрузка

Суммарная нагрузка не определяется простым сложением, необходимо принять коэффициент надёжности, который по тому же СНиП (п. 8.2.2) составляет:

• 1,2 — при удельной массе меньше 200 кг/м 2 ;
• 1,3 — при удельной массе больше 200 кг/м 2 .

4. Пример расчета

В качестве примера возьмём комнату длиной 5 и шириной 3 м. Через каждые 600 мм длины положим балки (9 шт.) из сосны сечением 150х100 мм. Перекроем балки доской толщиной 40 мм и настелим линолеум толщиной 5 мм. Со стороны первого этажа зашьём балки фанерой толщиной 10 мм, а внутри перекрытия уложим слой минеральной ваты толщиной 120 мм. Перегородки отсутствуют.

1 — балка; 2 — доска; 3 — утепленный линолеум 5 мм

Расчет постоянной удельной нагрузки на площадь комнаты (5 х 3 = 15 м 2 ) приведен в таблице 3.

Таблица 3

Переменная нагрузка — 150 х 1,2 = 180 кг/м 2 .

Общая нагрузка — 70 + 180 = 250 кг/м 2 .

Расчетная нагрузка на балку (qр) — 250 х 0,6 м = 150 кг/м (1,5 кг/см).

Расчёт допустимого прогиба

Принимаем допустимый прогиб межэтажного перекрытия — L / 250, т. е. для трёхметрового пролёта максимальный прогиб не должен превышать 330 / 250 = 1,32 см.

Так как балка обоими концами лежит на опоре, расчёт максимального прогиба ведётся по формуле:

• h = (5 х qр х L4) / (384 х E х J)

• qр — расчетная нагрузка на балку, qр = 1,5 кг/см;
• L — длина балки, L = 330 см;
• Е — модуль упругости, Е = 100 000 кг/см 2 (для древесины вдоль волокон по СНиП);
• J — момент инерции, для бруса прямоугольного сечения J = 10 х 153 / 12 = 2812,5 см 4 .

Для нашего примера:

• h = (5 х 1,5 х 3304) / (384 х 100000 х 2812,5) = 0,82 см

Полученный результат по сравнению с допустимым прогибом имеет 60% запас, что представляется чрезмерным. Следовательно, расстояние между балками можно увеличить, снизив их количество и повторить расчёт.

В заключение предлагаем посмотреть видео о расчёте перекрытия по деревянным балкам с помощью специальной программы: