Расчет стропил и балок перекрытия
Расчет стропил и балок перекрытия .
Прежде чем приступать к строительству крыши, конечно желательно, чтобы её стропильная система была рассчитана на прочность. Сразу после опубликования прошлой статьи "Двухскатная крыша дома своими руками", мне на почту стали приходить вопросы, касающиеся выбора сечения стропил и балок перекрытия.
Да, разобраться в этом вопросе на просторах нашего всеми любимого интернета действительно довольно не просто. Информации на эту тему очень много, но она как всегда настолько разрознена и иногда даже противоречива, что неопытному человеку, который в своей жизни возможно даже и не сталкивался с таким предметом как "Сопромат" (повезло же кому-то), легко запутаться в этих дебрях.
Я, в свою очередь, попробую сейчас составить пошаговый алгоритм, который поможет Вам самостоятельно рассчитать стропильную систему своей будущей крыши и наконец избавиться от постоянных сомнений - а вдруг не выдержит, а вдруг развалится. Сразу скажу, что углубляться в термины и различные формулы я не буду. Ну зачем? На свете столько полезных и интересных вещей, которыми можно забить себе голову. Нам ведь нужно просто построить крышу и забыть про неё.
Весь расчёт будет описан на примере двухскатной крыши, о которой я писал в прошлой статье.
Итак, Шаг № 1:
Определяем снеговую нагрузку на крышу. Для этого нам понадобится карта снеговых нагрузок РФ. Чтобы увеличить картинку, кликните на ней мышкой. Ниже я дам ссылку, по которой её можно будет скачать себе на компьютер.
По этой карте определяем номер снегового региона, в котором мы строим дом и из нижеследующей таблицы выбираем соответствующую этому региону снеговую нагрузку (S, кг/м?):
- Современная механизированная штукатурка в Москве позволяет существенно ускорить процесс отделки стен и потолков в строительных проектах.
- С помощью современных механизированных систем штукатурки возможно достичь высокой точности и качества отделки, сократив при этом затраты на ручной труд и материалы.
- Механизированная штукатурка в Москве используется как в жилищном строительстве, так и в коммерческих проектах, позволяя создать эффективное решение для любого проекта отделки.
Если Ваш город находится на границе регионов, выбирайте большее значение нагрузки. Корректировать полученную цифру в зависимости от угла наклона скатов нашей крыши не нужно. Программа, которой мы будем пользоваться сделает это сама.
Допустим в нашем примере мы строим дом в Подмосковье. Москва находится в 3 снеговом регионе. Нагрузка для него составляет 180 кг/м?.
Шаг №2:
Определяем ветровую нагрузку на крышу. Для этого нам понадобится карта ветровых нагрузок РФ. Её также можно будет скачать по ссылке ниже.
По этой карте также выбираем соответствующий номер региона и определяем для него значение ветровой нагрузки (значения показаны в левом нижнем углу):
Далее полученную цифру нужно умножить на поправочный коэффициент "k", который в свою очередь определяется по таблице:
Здесь столбец А - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, пустыни, степи, лесостепи и тундры; столбец В - городские территории, лесные массивы и др. местности равномерно покрытые препятствиями. Нужно учесть, что в некоторых случаях тип местности может различаться в разных направлениях (например, дом стоит на окраине населённого пункта). Тогда выбираем значения из столбца "А".
Снова вернёмся к нашему примеру. Москва находится в I-м ветровом регионе. Высота нашего дома 6,5 метров. Предположим, что строится он в населённом пункте. Таким образом принимаем значение поправочного коэффициента k=0,65. Т.е. ветровая нагрузка в данном случае будет равна: 32х0,65=21 кг/м?.
Шаг №3:
Необходимо скачать себе на компьютер расчётную программу выполненную в виде таблицы Exel. Далее работать мы будем в ней. Вот ссылка для скачивания: "Расчёт стропильной системы". Также здесь находятся карты снеговых и ветровых нагрузок РФ.
Итак, скачиваем и распаковываем архив. Открываем файл "Расчёт стропильной системы", при этом мы попадаем в первое окно - "Нагрузки":
Здесь нам нужно поменять некоторые значения в ячейках залитых голубым цветом. Весь расчёт производится автоматически. Давайте продолжим рассматривать наш пример:
- в табличке "Исходные данные" меняем угол наклона на 36° (какой у Вас будет угол, такой и пишите, ну это я думаю всем понятно);
- меняем шаг стропил, на тот который мы выбрали. В нашем случае это 0,6 метров;
- Нагр. кровли (нагрузка от собственного веса кровельного материала) - это значение выбираем из таблицы:
Для нашего примера выбираем металлочерепицу с весом 5 кг/м?.
- Снег. район - сюда мы вписываем сумму значений снеговой и ветровой нагрузок, которые мы получили ранее, т.е. 180+21=201 кг/м?;
- Утепление (манс.) - это значение оставляем без изменений, если мы будем закладывать утеплитель между стропилами. Если же мы делаем холодный чердак без утеплителя - меняем значение на 0;
- в табличку "Обрешётка" вписываем необходимые размеры обрешётки. В нашем случае для металлочерепицы мы поменяем шаг обрешётки на 0,35 м и ширину - на 10 см. Высоту оставляем без изменений.
Все остальные нагрузки (от собственного веса стропил и обрешётки) учитываются программой автоматически. Теперь смотрим, что у нас получилось:
Мы видим надпись "Несущая способность обрешётки обеспечена!" Больше в этом окне мы ничего не трогаем, даже ни к чему понимать, что за цифры стоят в других ячейках. Если, например, мы выберем другой шаг стропил (по больше), может получиться, что несущая способность обрешётки будет не обеспечена. Тогда надо будет подбирать другие размеры обрешётки, например, увеличивать её ширину и т.п. В общем думаю Вы разберётесь.
Шаг №4:
Нажимаем внизу рабочего экрана на вкладку "Строп.1" и переходим в окно расчёта стропил с двумя точками опоры. Здесь все внесённые нами ранее входящие данные уже подставлены программой автоматически (так будет и во всех других окнах).
В нашем примере из статьи "Двухскатная крыша дома своими руками" стропила имеют три точки опоры. Но давайте представим, что промежуточных стоек нет и произведём расчёт:
- меняем на схеме стропила длину его горизонтальной проекции (ячейка залита голубым цветом). В нашем примере она равна 4,4 метра.
- в табличке "Расчёт стропил" меняем значение толщины стропила В (заданное) на выбранное нами. Мы ставим 5 см. Это значение обязательно должно быть больше указанного в ячейке Втр (устойч.);
- теперь в строку "Принимаем Н" нам нужно внести выбранную ширину стропила в сантиметрах. Она обязательно должна быть больше значений, указанных в строках "Нтр.,(прочн.)" и "Нтр.,(прогиб)". При соблюдении этого условия, все надписи в низу под схемой стропил будут иметь вид "Условие выполнено". В строчке "Н, (по сорт-ту)" указано значение, которое нам предлагает выбрать сама программа. Мы можем взять эту цифру, а можем взять другую. Обычно выбираем сечения имеющиеся в наличии в магазине.
Итак, что у нас получилось показано на рисунке:
В нашем примере для соблюдения всех условий прочности необходимо выбрать стропила с сечением 5х20 см. Но схема крыши показанная мной в прошлой статье имеет стропила с тремя точками опоры. Поэтому для её расчёта переходим к следующему шагу.
Шаг №5:
Нажимаем внизу рабочего экрана на вкладку "Строп.2". При этом открывается окно расчёта стропил имеющих 3 точки опоры.
- на схеме стропил переправляем размеры в ячейках залитых голубым цветом;
- по тому же принципу, что был описан выше, выбираем размеры сечения стропил. Для нашего примера, я принял размеры 5х15 см. Хотя можно было и 5х10 см. Просто привык уже работать с такими досками, да и запас прочности будет побольше.
Теперь важно: с полученного при расчёте рисунка нам нужно будет выписать значение вертикальной нагрузки, действующей на стойку (в нашем примере (см. рис. выше) она равна 343,40 кг) и изгибающего момента действующего на стойку (Моп.=78,57 кгхм). Эти цифры будут нужны нам далее при расчёте стоек и балок перекрытия.
Далее, если вы перейдёте во вкладку "Арка", откроется окно расчёта стропильной системы представляющей собой коньковую арку (два стропила и затяжка). Я её рассматривать не буду, для нашей крыши она не подойдёт. Слишком у нас большой пролёт между опорами и маленький угол наклона скатов. Там получатся стропила сечением порядка 10х25 см, что для нас конечно непреемлемо. Для более маленьких пролётов такую схему использовать можно. Уверен, кто понял то, о чём я писал выше, тот сам разберётся и с этим расчётом. Если всё же появятся вопросы, пишите в комментариях. А мы переходим к следующему шагу.
Шаг №6:
Переходим на вкладку "Стойка". Ну здесь всё просто.
- определённые нами ранее значения вертикальной нагрузки на стойку и изгибающего момента вносим на рисунке соответственно в ячейки "N=" и "М=". Они у нас были записаны в килограммах, мы вписываем их в тоннах, при этом значения автоматически округляются;
- также на рисунке меняем высоту стойки (в нашем примере это 167 см) и ставим размеры выбранного нами сечения. Я выбрал доску 5х15 см. Внизу в центре видим надписи "Центральное обеспечено!" и "Внецентр. обеспечено". Значит всё впорядке. Коэффициенты запаса "Кз" очень большие, поэтому можно смело уменьшать сечение стоек. Но мы оставим как есть. Результат расчёта на рисунке:
Шаг №7:
Переходим на вкладку "Балка". На балки перекрытия действуют одновременно распределённая нагрузка и сосредоточенная. Нам нужно учесть обе. В нашем примере балки одинакового сечения перекрывают пролёты разной ширины. Мы конечно же производим расчёт для более широкого пролёта:
- в табличке "Распределённая нагрузка" указываем шаг и пролёт балок (мы из примера берём 0,6 м и 4 м соответственно);
- принимаем значения Нагр.(норм.)=350 кг/м? и Нагр.(расч.)=450 кг/м?. Значения этих нагрузок в соответствии со СНиПом усреднены и взяты с хорошим запасом прочности. В них включена нагрузка от собственного веса перекрытий и эксплуатационная нагрузка (мебель, люди и т.п.);
- в строку "В, заданная" вписываем выбранную нами ширину сечения балок (в нашем примере это 10 см);
- в строчках "Н, прочность" и "Н, прогиб" будут указаны минимально возможные высоты сечения балок при которых она не сломается и прогиб её будет допустимым. Нас интересует большая из этих цифр. Высоту сечения балки мы принимаем исходя из неё. В нашем примере подойдёт балка сечением 10х20 см:
Итак, если бы у нас не было стоек опирающихся на балки перекрытия, расчёт на этом был бы закончен. Но стойки в нашем примере есть. Они то и создают сосредоточенную нагрузку, поэтому продолжаем заполнять таблички "Сосредоточенная нагрузка" и "Распред.+сосредоточ.":
- в обе таблички вносим размеры наших пролётов (тут думаю всё понятно);
- в табличке "Сосредоточенная нагрузка" меняем значения Нагр.(норм.) и Нагр.(расч.) на цифру которую мы получили выше при расчёте стропил с тремя точками опоры - это вертикальная нагрузка на стойку (в нашем примере 343,40 кг);
- в обе таблички вписываем принятую ширину сечения балки (10 см);
- высоту сечения балки определяем по табличке "Распред.+сосредоточ.". Снова ориентируемся на большее значение. Для нашей крыши принимаем 20 см (см. рис. выше).
На этом расчёт стропильной системы закончен.
Чуть не забыл сказать: используемая нами расчётная программа применима для стропильных систем сделанных из сосны (кроме веймутовой), ели, лиственницы европейской и японской. Вся используемая древесина 2-го сорта. При использовании другой древесины, в программу нужно будет внести некоторые изменения. Так как другие породы дерева в нашей стране используются редко, я сейчас не буду расписывать, что нужно изменять.
Постарался всю методику описать простыми (на сколько это возможоно) словами. Если всё же возникнут какие-либо вопросы, спрашивайте в комментариях, будем разбираться.
По материалам сайта: http://pp-budpostach.com.ua