Расчёт стропильной системы: методика расчёта вручную и автоматизация

Программа расчета деревянных балок  перекрытия — небольшой и удобный инструмент, который упростит основные расчеты по определению сечения бруса и шага его установки при устройстве межэтажных перекрытий.

Польза онлайн-калькулятора для расчета деревянных перекрытий

Самостоятельные расчеты утомительны и чреваты риском не учесть какой-либо важный параметр. Так, деревянные балки для перекрытий должны обладать определенным сечением, учитывающим возможную нагрузку на них от мебели и техники, находящихся в помещении людей. При таких расчетах крайне важно знать возможный прогиб балки и максимальное напряжение в опасном сечении.

Разное сечение бруса

Польза онлайн-калькулятора для расчета деревянных перекрытий

Преимущества калькулятора в следующем:

  • Точность. Формулы расчета учитывают множество параметров. В специальных полях задаются: тип поперечного сечения (круглое или прямоугольное), длину балки между опорами и шаг, параметры используемой древесины, предполагаемую постоянную нагрузку.
  • Сроки. Ввести готовые параметры и получить результат выйдет значительно быстрее, чем рассчитывать вручную требуемые значения.
  • Удобство. Онлайн-калькулятор расчета деревянных балок составлен таким образом, что после введения всех постоянных величин, вам остается просто подбирать сечение балки до тех пор, пока не будет обеспечена необходимая прочность.

Вальмовая крыша что это такое, отличия, плюсы и минусы

К отличительным особенностям таких крыш относят наличие четырехскатной стропильной системы с двумя треугольными скатами на противоположной стороне. Оставшиеся два ската могут быть трапециевидными или треугольными, вертикальные боковые фронтов в классическом исполнении отсутствуют. При полном занятии торцовых скатов всей площади от конька до карниза крыша называется вальмовой, при частичном – полувальмовой.

Преимущества таких конструкций проявляются в:

Устойчивости и выдержке существенных ветровых и снеговых нагрузок. Благодаря четырехскатной форме, дополнительным ребрам жесткости, отсутствию вертикальных стен и строгим требованиям технологии строительства такие конструкции лучше выдерживают воздействие сильных воздушных потоков, не задерживают снег и не деформируются под весом осадков. Как следствие, в регионах с неблагоприятными погодными условиями они служат дольше и надежней в сравнении с одно- или двускатными кровлями.

Минимальной вероятности разрушения карнизных свесов и надежной защите фасада от промокания по всему периметру при их достаточной длине.

Равномерном прогреве подкровельного пространства.

Эстетичности и оригинальном внешнем виде. Вальмовые крыши особенно уместны при строительстве малоэтажных жилых домов в европейском стиле, конструкция считается популярной и стильной.

Многообразие предлагаемых вариантов, возможности изменения визуальной высоты дома. В классическом исполнении вальмовые крыши имеют высокий наклон и прямые стропила, но применение современных кровельных материалов позволяют строить конструкции с любым углом, вплоть до минимальных 5° и сложными конфигурациями. Помимо традиционной вальмовой крыши владельцы могут установить голландскую полувальмовую (с укороченными в 1,5-2 раза противоположными скатами), датскую (с вертикальными фронтонами поверх скатов или треугольными окнами), ломаную вальмовую кровлю, но по понятным причинам расчет и возведение таких конструкций обойдутся дороже.

Недостатков у вальмовых крыш немного, но при выборе этого варианта владельцам стоит помнить о росте трат на материалы или оплату работы специалистов. Расчет и монтаж таких конструкций требуют особых навыков и знаний, ошибки приводят к перерасходу материалов и снижению устойчивости и срока службы крыши.

К эксплуатационным минусам вальмовых кровель также относят скрадывание внутреннего пространства и отсутствие возможности установки стандартных вертикальных стеклопакетов, что в свою очередь приводит к лишним тратам при обустройстве жилых мансард.

Инструкция по работе с программой

Рассмотренная программа небольшая и дополнительной установки не требует.

Интерфейс программы

Чтобы было понятнее, рассмотрим каждый пункт программы:

Инструкция по работе с программой
  • Материал — выбираем требуемый материал бруса или бревна.
  • Тип балки — брус или бревно.
  • Размеры — длина, высота, ширина.
  • Шаг балок — расстояние между балками. Изменяя данный параметр (как и размеры) можно добиться оптимального соотношения.
  • Нагрузка по площади. Как правило, расчет нагрузки на перекрытия производится на этапе проектирования специалистами, но выполнить его можно и самостоятельно. Прежде всего, учитывается вес материалов, из которых изготовлено перекрытие. Например, чердачное перекрытие, утепленное легким материалом (например, минеральной ватой), с легкой подшивкой выдерживает нагрузку от собственного веса в пределах 50 кг/м². Эксплуатационная нагрузка определяется в соответствии с нормативными документами. Для чердачного перекрытия из деревянных основных материалов и с легкими утеплителем и подшивкой эксплуатационная нагрузка в соответствии со СНиП вычисляется таким путем: 70*1,3=90 кг/м². 70 кг/м².  В этом расчете берется нагрузка в соответствии с нормативами, а 1,3 – коэффициент запаса. Общая нагрузка вычисляется путем сложения: 50+90=140 кг/м². Для надежности цифру рекомендуется округлить немного в большую сторону. В данном случае можно принимать общую нагрузку за 150 кг/м². Если чердачное помещение планируется интенсивно эксплуатировать, то требуется увеличить в расчете нормативное значение нагрузки до 150. В этом случае расчет будет выглядеть следующим образом: 50+150*1,3=245 кг/м². После округления в большую сторону – 250 кг/м². Также следует проводить расчет таким образом, в случае если используются более тяжелые материалы: утеплители, подшивка для заполнения межбалочного пространства. Если на чердаке будет обустраиваться мансарда, то необходимо принимать во внимание вес пола и мебели. В этом случае общая нагрузка может составить до 400 кг/м².
  • При относительном прогибе.  Разрушение деревянной балки обычно происходит от поперечного изгиба, при котором в сечении балки возникают сжимающие и растягивающие напряжения. Вначале древесина работает упруго, затем возникают пластические деформации, при этом в сжатой зоне происходит смятие крайних волокон (складки), нейтральная ось опускается ниже центра тяжести. При дальнейшем росте изгибающего момента пластические деформации растут и происходит разрушение в результате разрыва крайних растянутых волокон. Максимальный относительный прогиб балок и прогонов покрытий не должен превышать 1/200.
  • Среднеточечная нагрузка (для ригелей) — это нагрузка, взятая с плиты (полная) плюс собственный вес ригеля.
Читайте также:  Если под кровлей нет перекрытия – как правильно усилить стропила

Cкачать программу расчета деревянных балок перекрытия

Какие факторы учитываются при расчёте стропильной системы

Нагрузки, оказывающие воздействие на стропильную систему, классифицируются следующим образом.

  1. Переменные — оказывают влияние на стропильную систему в определённый период. Например, снеговые нагрузки воздействуют на стропила только зимой. В другие времена года их влияние минимальное или нулевое. Помимо снеговых к этой группе относятся ветровые нагрузки, а также вес людей, обслуживающих кровлю — осуществляющих чистку, уборку снега, ремонт и т. д.

    Снеговые нагрузки относятся к переменным, т. е к таким, которые воздействуют на стропильную систему сезонно

  2. Постоянные — воздействуют на стропильную систему независимо от времени года. Сюда относится вес кровельного пирога и дополнительного оборудования, которое планируется установить на крыше — снегозадержателей, антенн, аэраторов или турбин для принудительной вентиляции и других устройств.

    К постоянным нагрузкам на стропила относится вес кровельного пирога и дополнительного оборудования, установленного на крыше

  3. Форс-мажорные — особый вид нагрузок, которые учитываются при аварийных ситуациях, сейсмоактивности, изменении структуры почвы, взрывах или пожарах.
Какие факторы учитываются при расчёте стропильной системы

Поскольку фатальные воздействия, а также вес людей и кровельного оборудования, которое неизвестно когда и какое будет установлено, предусмотреть и высчитать довольно проблематично, то поступают проще — к суммарной величине поддающихся расчёту нагрузок добавляют запас прочности в размере 5–10%.

Самостоятельно расчёт стропильной системы делают по упрощённой методике, так как учесть аэродинамические и поправочные коэффициенты, изгибы крыши, снос снега ветром, неравномерное распределение его на поверхности и другие факторы, действующие на крышу в реальности, без знания теории сопротивления материалов невозможно.

Единственное, о чём нужно помнить — максимальные расчётные нагрузки на стропильную систему крыши должны быть меньше предельно допустимых по нормативам.

Какие факторы учитываются при расчёте стропильной системы

Правила укладки балок перекрытия

Если возводится кирпичное здание, то для устройства в нем межэтажных перекрытий в стенах оставляют специальные отверстия, которые предусмотрительно оставляют во время кладки стен. Если дом строится деревянный, то отверстия, в которые впоследствии будут прокладываться балки, просто вырубаются в нужных местах. Укладка балки должна быть произведена таким образом, чтобы опорная длина концов, заходила на в проемы не менее, чем на 15 см. Горизонтальность укладки проверяется уровнем или ватерпасом. Чтобы выдержать точное расстояние между устраиваемыми балками, можно использовать отрезок рейки нужной длины. Она и будет служить показателем того расстояния, через которое следует установить следующую балку. Крепить эти опорные элементы следует через каждые два бруса. Производятся они с помощью анкеров. Для выравнивания балок по горизонтали в проемы, в которые они укладываются, можно подкладывать под их концы деревянные плашки. Не следует забывать и об утеплении при производстве этих работ. Все свободное пространство, которое остается в проемах после устройства в него балки. следует заполнить утеплителем. Обычно в этих целях используется стекловата. Также важно сделать гидроизоляцию. Поэтому в каждый проем прокладываются куски рубероида в два слоя или плотного полиэтилена. Расположить балки можно как в параллельном, так и перекрестном направлении. Но последнее довольно сложно в монтаже, и на практике используется редко.

Балки перекрытия из дерева: виды, подбор сечения и пример расчета

Балки перекрытия из дерева обеспечивают не только прочность горизонтальной конструкции. Перекрытие предназначено для придания жесткости всему зданию. Именно по этой причине выбору несущих элементов и их установке стоит уделить особое внимание.

Плюсы и минусы перекрытия из дерева

Для монтажа перекрытия своими руками необходимо подготовиться. Пол в доме должен опираться на прочную и жесткую конструкцию. Перед началом работ придется изучить требования к элементам, особенности их расчета и типы сечений.

Можно выделить следующие преимущества деревянного перекрытия:

  • привлекательный внешний вид, возможность сделать деревянный пол без дополнительных мероприятий;
  • небольшой вес, снижение нагрузки на стены и фундаменты, экономия на строительстве;
  • возможность проведения ремонтов в процессе эксплуатации;
  • скорость монтажа, выполнение работ без дополнительных машин и механизмов.
Читайте также:  Пробивка отверстий в пустотных плитах перекрытия

Деревянные балки не утяжеляют конструкцию и быстро монтируются

Но также стоит выделить и недостатки:

  • горючесть древесины, потребность в специальной пропитке антипиренами;
  • меньшая по сравнению с железобетонными или металлическими элементами прочность;
  • усадка и деформации при перепадах температур и влажности;
  • подверженность гниению, грибку и плесени при повышенной влажности, необходимо выполнять обработку антисептиками на стадии строительства и периодически в течение срока службы.

Требования к деревянному перекрытию

Деревянные балки перекрытия должны соответствовать следующим требованиям:

  • соответствие размеров сечения нагрузке, пролету и шагу, для этого нужен расчет балок;
  • хорошая прочность и жесткость;
  • пожарная безопасность;
  • отсутствие серьезных дефектов древесины и повреждений.

Для работы необходимо заготовить качественный материал

Также существуют определенные требования к материалу, из которого изготовлены балки. Рекомендуется выбирать древесину хвойных пород.

Она содержит много смолы, поэтому лучше сопротивляется различным микроорганизмам. Лучшим материалом считаются те деревья, которые выросли в суровых условиях. Плотность ствола у них выше.

По этой причине закупать стоит сосну или ель, которые выросли в северных регионах страны.

Также нужно обратить внимание на время заготовки. Лучшим считается период в конце зимы. В это время дерево находится в спящем состоянии, в нем меньше соков, поэтому и влажность материала будет меньше.

Какими бывают деревянные перекрытия

Балки перекрытия деревянные используются практически для всех уровней дома. Балочный каркас необходимо предусмотреть для следующих типов конструкции:

  • подвальное или цокольное перекрытие (пол первого этажа);
  • междуэтажное перекрытие;
  • чердачное перекрытие.

Толщина несущего бруса для чердака составляет от 10 до 20 см

От типа зависит нормируемая полезная нагрузка, которая берется в расчет деревянных балок перекрытия. Также разница будет в толщине утеплителя и его необходимости.

Между балками над подвалом обычно укладывают от 5 до 15 см минеральной ваты, пенопласта или экструдированного пенополистирола.

В междуэтажных конструкциях достаточно будет предусмотреть пару сантиметров для звукоизоляции. На холодном чердаке требуется больше всего материала. Здесь толщина может составлять от 10 до 20 см.

Точные значения зависят от климатического района строительства.

Как все устроено

Дерево хвойных пород является наиболее востребованным материалом для строительства межэтажных и чердачных перекрытий в частном доме. Основная причина очевидна — невысокая по сравнению с монолитным железобетоном или готовыми плитами цена.

Кроме того: перекрытие по деревянным балкам, в отличие от плитного, может быть смонтировано без услуг погрузочной техники, что тоже обеспечивает существенную экономию. От монолитного оно выгодно отличается тем, что не требует сооружения опалубки.

  1. Обеспечить их достаточную несущую способность при расчетных долговременных нагрузках;
  2. Выполнить эффективную межэтажную шумоизоляцию;
  3. Если речь идет о перекрытии над неотапливаемым подвалом или под неэксплуатируемым чердаком — организовать достаточно эффективную теплоизоляцию, соответствующую требованиям климатической зоны, в которой вы проживаете.

Первая задача решается подбором оптимальных сечения и шага балок. Максимальная длина деревянной балки перекрытия обычно ограничена 6 метрами — длиной поставляемого производителями бруса камерной сушки; при большем пролете сооружаются промежуточные несущие стены или опорные колонны.

Длина бруса ограничена размерами камер сушки.

Для решения второй и третьей задач межбалочное пространство заполняется утеплителем — стекло- или минеральной ватой, пенополистиролом, эковатой и прочими материалами. Их выбор — тема для отдельного исследования; на нем мы не станем заострять свое внимание.

Как все устроено

Типичная конструкция утепленного перекрытия такова:

  • На боковые поверхности балок в их нижней части набиваются черепные бруски сечением от 40х40 мм .

Крепление черепных брусков.

  • По ним без крепления укладываются доски толщиной от 25 мм.
  • По настилу расстилается пароизоляционная пленка . Она перекрывает и доски настила, и балки.
  • Между балками укладывается утеплитель .
  • Сверху он застилается гидроизоляцией (чаще всего в этой роли выступает обычный полиэтилен с проклеенными швами между полотнами).
  • По гидроизоляции настилается черновой пол — непосредственно по балкам (при достаточной толщине половой доски) или по перпендикулярным им лагам. В первом случае между балками и настилом набивается контробрешетка — рейка толщиной 20 мм, оставляющая под настилом просвет для вентиляции.

Структура утепленного перекрытия.

Расчёт вальмовой крыши

При вычислении параметров вальмовой крыши владелец дома задаёт высоту конька из практических соображений. Для холодного чердака она может быть менее двух метров, а при строительстве мансардной крыши нужно помнить о том, что по СНиП высота потолков жилого помещения должна быть не менее 2,3 м.

При предварительных расчётах сначала определяется высота конька, а затем длина центрального прогона, размер основных и диагональных стропил

Длина центрального прогона при равных углах наклона скатов выбирается такой, чтобы концы прогона располагались на одинаковом расстоянии от боковых и торцевых стен. В ходе дальнейших расчётов определяют размеры стропил, нарожников и вспомогательных элементов. Необходимо выбрать тип стропильной системы, поскольку если для вальмовых крыш с необитаемым чердаком более характерны наслонные стропила, то для крыш с мансардой можно применять и наслонные, и висячие типы стропильных соединений.

Расчёт вальмовой крыши

Расчёт угла наклона скатов и длины стропил

От угла наклона скатов зависит устойчивость крыши к ветровым воздействиям и способность выдерживать снеговую нагрузку. Уклон скатов является важнейшим параметром для расчёта длины основных и диагональных стропил, а также нарожников. За основу расчётов возьмём следующие параметры:

  • высота конька H к = 3 м;
  • длина здания L дс = 10 м;
  • ширина здания L дтс = 6 м. Половину этого размера обозначим за L птс: L птс = 3 м;
  • длина конька L к = 4 м;
  • расстояние от стены дома до конькового прогона T = 3 м.
Читайте также:  Как сделать фундамент под террасу: особенности обустройства

Вычисления проводятся в несколько этапов.

Таблица: значения тригонометрических функций для углов наклона скатов мансардной кровли

Расчёт вальмовой крыши
a, град. tg a sin a
20 0,36 0,34
25 0,47 0,42
30 0,58 0,5
35 0,7 0,57
40 0,84 0,64
45 1 0,71
50 1,19 0,77
55 1,43 0,82
60 1,73 0,87

Расчёт площади скатов вальмовой крыши

Площадь скатов необходимо знать для расчёта количества строительных материалов и составления схемы раскроя. У вальмовой крыши два треугольных и два трапециевидных ската, для вычисления их площади мы воспользуемся стандартными формулами из школьного курса геометрии.

Для подсчёта площади необходимо увеличить высоту каждого ската на размер карнизного свеса и иметь в виду, что их длины при этом тоже увеличатся.

Расчёт объёма мансардного помещения

Расчёт вальмовой крыши

Вычисление объёма обитаемого подкровельного пространства понадобится при расчёте систем теплоснабжения и кондиционирования мансарды. Поскольку под вальмовой крышей располагается многогранное жилое помещение с изменяющейся высотой и формой, то для расчёта объёма его нужно разбить на более простые фигуры. Обычно рассматривают сечение мансарды, образующееся каким-либо стропилом, разбивают его на прямоугольники, треугольники и трапеции, вычисляют их площади по приведённым выше формулам и умножают на длину мансарды. Полученные таким образом объёмы каждой части складывают и получают общий объём мансарды.

Для расчёта объёма мансардного помещения оно разбивается на элементарные фигуры, объём которых вычисляются отдельно и складываются друг с другом

Если при разбиении мансарды выделяются более сложные элементы, то их объём рассчитывается по формуле V = S · H, где S − площадь сечения, H − длина элемента.

Монтаж каркаса

Для обеспечения достаточной прочности крыши необходимо позаботиться о каркасе. Каркасом дома являются прикрепленные к мауэрлату стропила.

Следует учитывать, что при длине балок более 4,5 см нужно будет дополнительно монтировать прогоны. Оптимальным размером балок считают сечение 7х15 см.

Стропила прикрепляют к мауэрлату при помощи особого выреза, фиксируемого 20-сантиметровыми гвоздями. Забивают их таким образом:

Монтаж каркаса

Благодаря указанной технологии стропило прочно прикрепляется и не двигается.

Верхнюю часть балок внахлест притягивают друг к другу таким образом, чтобы край одной балки перекрывал окончание другой ( параллельной). Их скрепление производится при помощи гвоздей или болтов.

Устройство стропильной системы

Когда речь идет о стропильных ногах для обустройства кровли, рассматриваются только следующие виды крыш: простая односкатная, двускатная, мансардная, вальмовая и шатровая.

Плоской крыше стропильная система не нужна. В кровле, имеющей скат, несущая деревянная конструкция выполняет функцию основания для обрешетки, гидроизоляционного покрытия и листов шифера, профнастила или другого аналогичного материала.

Над тем, из чего лучше всего выпиливать стропила для крыши, задумываются, желая сделать конструкцию надежной и долговечной.

Обычно систему, к которой прикрепляется кровельный материал, делают из деревьев хвойных пород.

Устройство стропильной системы

Полученные стропильные ноги обязательно покрывают средством, защищающим древесину от сырости и порчи жучками.

Если планируется устанавливать висячие стропила и затяжки, то нужно закупать пиломатериалы 1 сорта.

Для наслонной несущей конструкции подходит древесина и 1, и 2 сорта. Материал 3 категории следует приобретать, чтобы изготовить подкосы и стойки.

Придерживаться этих рекомендаций очень важно, ведь чем качественнее использованное для создания стропильной системы дерево, тем прочнее кровля дома.

Закупать пиломатериалы и крепежные элементы необходимо после составления чертежей.

Схемы помогают сделать расчет не только этажей, прочности бетонного основания и площади здания, но и несущей конструкции крыши.

Составляя проект будущего дома, надо найти наилучший вариант стропильной системы, который мог бы придать зданию красивый вид и обезопасить его от непогоды.

Пока создаются чертежи строения, следует произвести расчет шага стропил, то есть расстояния, на которое один элемент несущей конструкции будет отдаляться от другого.

Этот параметр должен составлять не менее 60 см и не более 1 м. Шаг следует подгонять под размеры пластов утеплителя, если планируется фиксировать поверх несущей конструкции крыши рулонное полотно или плиточный материал, не позволяющей выходить из дома теплому воздуху.

Чтобы расчет необходимых материалов был верен, нужно знать, что представляет собой стропильная система.

Устройство стропильной системы

Элементами несущей конструкции считаются не только стропильные ноги, но и опорные балки, удерживающие всю систему и уложенные параллельно основанию дома.

Дополнительные составляющие стропильной системы – это распорки, упирающиеся в места, где заканчиваются стены здания, и стойки, отвечающие за фиксацию главных элементов конструкции и установленных вертикально.

Кроме них, к стропильным ногам могут быть добавлены бабки, необходимые для растяжения по вертикали, и стяжки, уравновешивающие систему.