Стропильная система шатровой крыши

Обычная двускатная крыша некоторым хозяевам загородного жилья кажется чересчур банальной и неинтересной, и они начинают поиски более оригинальных вариантов. К числу таких можно отнести шатровую конструкцию, чрезвычайно интересно смотрящуюся внешне, как будто сошедшую с иллюстраций к учебнику по истории или к книге детских сказок.

Несмотря на кажущуюся простоту, стропильная система шатровой крыши является одной из наиболее сложной в возведении. Браться за строительство такого сооружения самостоятельно, не имея опыта подобных работ – будет очень рискованно. Однако для тех, кто желает остановить свой выбор именно на такой конструкции, будет полезно получить информацию по строению системы, основным ее составляющим, по проведению базовых расчетов. Именно в таком контексте и будет построена настоящая публикация. Надеемся, что она поможет разобраться в нюансах шатровой стропильной системы, реально оценить ее сложность и возможность проведения самостоятельного монтажа.

Что из себя представляет шатровая стропильная система?

Содержание статьи

1 Что из себя представляет шатровая стропильная система?
2 Основные элементы шатровой стропильной системы
3 Проведение основных расчетов стропильной системы шатровой крыши
- 3.1 Высота «пирамиды», угол уклона скатов и планируемое кровельное покрытие шатровой крыши
  - 3.1.1 Калькулятор взаимосвязи высоты вершины шатровой крыши и угла крутизны кровли
- 3.2 Длина центральных и накосных стропильных ног
  - 3.2.1 Калькулятор расчета длины центральных и накосных стропил шатровой крыши
  - 3.2.2 Калькулятор определения удлинения стропил (рабочей длины кобылок) для формирования карнизного свеса кровли
- 3.3 Нагрузка, выпадающая на конструкцию крыши, материал для изготовления стропильных ног и шаг их установки
  - 3.3.1 Калькулятор для определения распределенной нагрузки на стропила
- 3.4 Длина нарожников
  - 3.4.1 Калькулятор для расчета длины укороченных стропил (нарожников)
- 3.5 Общая площадь кровли
  - 3.5.1 Калькулятор расчета площади шатровой крыши
4 Видео: основные элементы шатровой стропильной системы – на макете

По сути, шатровая крыша геометрически представляет собой «классическую» пирамиду, то есть фигуру с многоугольником в основании и гранями, являющиеся равнобедренными треугольниками, сходящимися в единой вершине.

В частном строительстве чаще всего применяется пирамида с основанием в виде четырехугольника, хотя для пристроек (башенки, эркеры и т.п.) или легких садовых построек (беседок) практикуется возведение более сложных конструкций, у которых в основании может лежать и правильный шести- или восьмиугольник (иногда даже и больше).

Шатровая крыша не всегда прямоугольная в плане – она может опираться на шесть, восемь и даже больше углов

В данной публикации акцент будет сделан все же на четырёхскатную шатровую крышу. Здесь тоже возможны вариации. «Классикой» считается пирамидальная конструкция, опирающаяся на основание-квадрат, с вершиной, находящейся на перпендикуляре, проходящем через точку пересечения диагоналей основания. В этом случае все четыре ската будут представлять собой абсолютно конгруэнтные треугольники, расположенные под одинаковым углом наклона.

Пирамида с квадратом в основании.

На рисунке-схеме показана пирамида с квадратом в основании – именно ее и будем рассматривать в дальнейшем. К этому чертежу придётся не раз возвращаться по ходу изложения.

Вполне возможно использовать шатровую схему и на прямоугольном здании, у которого длина превышает ширину. Однако, на практике такое применяется нечасто – ввиду ненужного усложнения и расчетов, и монтажа. При подобном варианте скаты, опирающиеся на более короткую стену, становятся длиннее и имеют меньший угол наклона к горизонту, то есть и внешние нагрузки для них уже приходится рассчитывать индивидуально. Для прямоугольных оснований куда больше подойдет вальмовая крыша – она во многом схожа с шатровой, но лучше адаптирована именно к таким условиям.

Для прямоугольного здания лучше подойдет вальмовая стропильная система, которая сродни шатровой, но все же имеет коньковый горизонтальный прогон

Шатровая форма крыши дает немало значимых преимуществ:

Шатровая крыша – это не только внешняя оригинальность здания, но и масса других важных достоинств

Дом с такой крышей очень выигрышно выделяется на фоне стандартных двухскатных кровель, обладая своеобразной привлекательностью.
По своим аэродинамическим качествам, то есть по способности противостоять ветровой нагрузке, особенно при шквалистых или даже ураганных порывах, она среди скатных крыш, пожалуй, не имеет равных. Причем сведена к минимуму подъемная составляющая ветровой нагрузки – усилия, пытающегося сорвать кровлю вверх.
Уникальная пирамидальная форма способствует равномерному распределению всех внешних и внутренних нагрузок на систему крыши и здания в целом.
При правильном утеплении скатов кровли, такая крыша – оптимальное решение с точки зрения энергосбережения.
При оптимальном выборе крутизны скатов кровли не будет особых проблем и со снежными наносами.

Желание совместить шатровую систему и мансарду – выполнимо, но серьезно усложняет всю конструкцию крыши.

Недостатком, помимо определенной сложности конструкции, можно назвать то, что четыре одинаковых ската серьезно «съедают» объем чердачного помещения, что осложняет организацию в нем «обитаемой» площади. Чтобы создать жилую мансарду, приходится резко увеличивать крутизну кровли и прибегать к «врезке» дополнительных окон и надстроек. Понятно, что браться самостоятельно за расчет и возведение столь сложной конструкции – просто бессмысленно, так как здесь требуется высокопрофессиональное архитектурное проектирование и монтаж.

Основные элементы шатровой стропильной системы

Рассмотрим базовое строение стропильной системы шатровой крыши. Для этого вначале возьмем совершенно абстрактный дом, стены которого образуют квадрат, и попробуем примерить к нему такую кровлю.

Так будет выглядеть «классическая» шатровая крыша на абстрактно взятом доме со стенами в форме квадрата

В контексте данной статьи нас не особо интересуют кровля и стены. Скроем их из виду, чтобы остаться «один на один» уже с, собственно, самой конструкцией стропильной системы. Ну а затем рассмотрим ее по деталям.

Базовое устройство и основные элементы стропильной системы шатровой крыши

Стены скрыты из вида, но оставлен мауэрлат (поз. 1). Это – мощный брус, который поясом закреплен по верхнему торцу стен – именно на него будут упираться все стропила. В отличие, например, от двускатной крыши, мауэрлат в нашем случае должен представлять собой обязательно замкнутую раму, жестко связанную – от этого напрямую зависит прочность и стабильность всей стропильной конструкции.

От углов мауэрлата вверх к центру, к коньковому узлу (поз. 3), сходятся ребра пирамиды – их роль выполняют накосные стропила (поз. 2). Это – самые длинные и наиболее нагруженные изо всех остальных стропильных ног, и обычно для их изготовления применяется наиболее «мощный» пиломатериал — об этом будет рассказано ниже. На чертеже пирамиды они соответствуют отрезкам [КА], [КВ], [КС] и [КD]. Длина наслонного стропила на той же схеме обозначена Lн.

От центра каждой стороны к тому же коньковому узлу проходят центральные стропила (поз. 4). Они определяют высоту равнобедренного треугольника каждого ската. На чертеже – это, например, отрезок [КЕ] (длина стропила – Lц). В геометрии для обозначения этого элемента пирамиды имеешься отдельное наименование – апофема.

Наконец, от каждой накосной стропильной ноги в обе стороны к мауэрлату отходят укороченные стропила или нарожники (поз. 5), установленные с определенным шагом. Их количество будет зависеть от общих размеров всей системы.

Кстати, нередко для того, чтобы не «перегружать» соединениями коньковый узел, отказываются от установки центральных стропил, и монтируют только нарожники, размещая их симметрично апофеме.

На данной схеме показан вариант, в котором все без исключения стропила, начиная от накосных и кончая самым коротким нарожником, выполнены с выступом за пределы мауэрлата – для создания необходимого карнизного свеса. Но в дальнейшем все расчеты будут проводиться для «чистой» длины – от конькового узда до мауэрлата, а величина удлинения будет просчитываться отдельно, в зависимости от планируемой ширины свеса и угла крутизны ската.

Принципиальная разница в формировании карнизного свеса: слева – стропила сами выступают за пределы стены, справа – они наращиваются кобылками

Очень часто так и поступают – мощный стропильный брус заканчивается на мауэрлате, а карнизный свет обеспечивается наращиванием длины за счет специальных деталей – кобылок из более тонких досок. Это позволяет достичь немалой экономии на пиломатериалах.

На схеме была приведена одна из самых простых схем, когда накосные стропила выполнены по висячей схеме, и полностью сбалансированы. Скажем честно – такое очень редко встречается в реальности. На практике приходится прибегать к установке дополнительных, усиливающих элементов, которые обеспечивают прочность и стабильность конструкции стропильной системы.

Во-первых, стропила могут быть установлены по наслонной системе, то есть с опорой на центральную стойку. Стойка же может упираться на капитальную внутреннюю стену (если есть такая возможность), или на уложенный по центру лежень – мощный брус, опирающийся на противоположные внешние стены здания.

Вариант крепления наслонных накосных стропил на центральной стойке (бабке)

1 – накосные стропила;

2 – центральная стойка (бабка);

3 – затяжки (ригели).

Кстати, при возведении лёгких построек, например, беседок, иногда центральная стойка располагается по всей высоте, от фундамента (пола) и до конькового узла, и служит своеобразным предметом «интерьера».

Еще один вариант – основанием для стойки являются горизонтальные затяжки (ригели) соединяющие противоположные стропила. Эти затяжки могут располагаться внизу, ближе к мауэрлату, или примерно посередине высоты «пирамиды». Иногда такие ригели служат основанием для подшивки крыши чердачного помещения.

Центральная стойка опирается на пересечение затяжек

На рисунке показан пример, когда накосные стропильные ноги (поз. 1) по диагонали связаны затяжками (поз. 5). На пересечении затяжек смонтирована центральная опора (поз. 4). Все стропила, в том числе и центральные (поз. 2) соединены на опоре (бабке), образуя тем самым коньковый узел (поз. 3).

Часто центральная стойка вообще не используется. На крышах небольшого размера жесткость конструкции обеспечивается просто надежным скреплением центральных и накосных стропил на мауэрлате и в коньковом узле. В коньке стропила подгоняются друг к другу запилами под определённым углом, а затем это соединение усиливается металлическими накладами. Еще один вариант – используется центральный элемент-вставка, к которому крепятся стропильные ноги.

По оси конькового узла размещена вставка, к которой закреплены все стропильные ноги.

Но при больших длинах стропильных нога иногда – и нарожников, они все равно требуют усиления. Для этого могут применяться дополнительные элементы системы.

Вариант усиления конструкции шатровой крыши

На данной иллюстрации представлен один из вариантов. По центру квадрата, образованного мауэрлатом (поз. 1) врезан лежень (поз. 2). Как и в обычной схеме – установлены накосные (поз. 3) и центральные (поз. 4) стропила и нарожники (поз. 5).

Снизу накосных стропильных ног укреплены черепные бруски (поз. 6) – они служат для более надежной опоры для установленных нарожников.

И центральные ноги, и нарожники связаны с противолежащими, симметрично им расположенными деталями с помощью стяжек (поз. 7). Стяжки нижнего ряда, для исключения прогиба по центру, опираются на лежень, а сами одновременно служат опорой для верхнего ряда, перпендикулярного им.

От стяжек к каждой центральной стропильной ноге и к нарожникам идут вертикальные стойки (поз. 8).

Вместо вертикальных стоек (или вместе с ними) могут применяться подкосы – опорные элементы, расположенные под углом к горизонту. Это бывает удобно, когда основную нагрузку необходимо переложить на какую-то одну центральную точку (например, лежень или капитальную перемычку внутри здания), а не распределять ее по затяжке. Подкосы обычно располагают под углом в 45-60°. Применение они находят, если длина стропильных ног превышает 4,5 метра. Такие дополнительные точки опоры позволяют снизить сечение пиломатериала, идущего на изготовление стропил, то есть и облегчить, и удешевить всю конструкцию системы.

Узлы соединения лежня и подкосов

На иллюстрации показано два варианта. Слева – комбинированный, в котором к лежню (поз. 1) закреплены и стойка (поз. 2), и подкосы (поз. 3). На правом рисунке – обошлись без стойки, и в лежень упираются только два подкоса, уходящие вверх, к симметричным стропильным ногам.

На схеме также показаны соединительные детали – металлические нагели (поз. 4) и стальные скобы (поз. 5).

Как уже говорилось, самыми длинными и испытывающими наиболее сосредоточенные нагрузки являются накосные (диагональные) стропильные ноги. Мало того, что обычно они толще других – нередко их приходится дополнительно подпирать, чтобы не допустить прогиба или кручения. Для этого могут применяться такие же подкосы, отходящие от центрального лежня, или специальный узел системы, называемый шпренгельной опорой.

Шпренгельная опора накосного стропила

Этот узел представляет собой шпренгельную балку (поз. 9) которая врезается на углу в мауэрлат, и от которой вертикально вверх уходит стойка (поз. 10), подпирающая накосную стропильную ногу. Иногда, на крышах большого размера, приходится устанавливать на просто шпренгель, а шпренгельную ферму, то есть усиливать вертикальную стойку подкосами.

Обычный шпренгельный узел (слева) и усиленная шпренгельная ферма (справа)

Существуют и другие варианты монтажа и усиления стропильной системы шатровой крыши – многие мастера используют собственные, наработанные и проверенные годами методики. Но базовый принцип все равно сохраняется таким, как было показано выше.

Теперь необходимо рассмотреть блок вопросов, связанных с линейными размерами основных деталей конструкции, с необходимым для их изготовления сечением пиломатериалов, с другими геометрическими параметрами создаваемой системы. Одним словом, необходимо погрузиться в расчеты.

Проведение основных расчетов стропильной системы шатровой крыши

Проведение предлагаемых расчетов поможет хозяевам заранее определиться с основными характеристиками будущей крыши и необходимым количеством материалов. Расчеты должны проводиться в определенной последовательности, так как большинство параметров тесно взаимосвязаны, и, можно сказать, вытекают один из другого.

Высота «пирамиды», угол уклона скатов и планируемое кровельное покрытие шатровой крыши

Эта группа параметров выделена на первое место. Пепечисленные характеристики тесно увязаны между собой и будут определяющими для остальных расчетов.

Почему необходимо заранее знать крутизну скатов? Да хотя бы потому, что каждый хозяин заранее видит крышу своего будущего дома, «одетую» в то или иное кровельное покрытие, которое больше ему по душе. А при выборе покрытий, хочешь – не хочешь, а приходится соблюдать определенные требования – у каждого материала есть свои предельно допустимые рамки по минимальному уклону.

То, что уклон зависит от высоты вершины «шатра» (и наоборот), наверное, объяснять не приходится — с ростом одного параметра возрастает и второй. Но только зависимость здесь – не линейная, а тангенциальная. Обратимся к схеме чертежу «пирамиды».

Высота конькового узла обозначена Н – это отрезок [KF]. Сама эта вершина в горизонтальной проекции лежит точно посередине любой из сторон квадрата, образующего основание. Получается прямоугольный треугольник КFE, катет [FE] которого известен – это половина ширины (длины) здания [АВ]. Угол ската кровли – ?. Несложно определить и высоту:

Н = 0.5 ? [АВ] ? tg?

Это вычисление проще будет произвести при помощи встроенного калькулятора:

Калькулятор взаимосвязи высоты вершины шатровой крыши и угла крутизны кровли

Укажите запрашиваемые значения и нажмите кнопку "Рассчитать высоту вершины шатровой крыши Н" Длина (ширина) дома, метров Планируемый угол уклона ската кровли ? (градусов)

Калькулятор позволяет решать как «прямую», так и «обратную» задачи. Например, если изначально планируется определённая высота конькового узла (например, для обустройства того или иного чердачного помещения), то, последовательно варьируя угол наклона, можно найти оптимальный именно для заданного значения высоты.

Ну а когда известны оба значения, уже ничто не помещает определиться и с кровельным покрытием. В таблице ниже приведены минимальные значения углов крутизны для кровель различных типов. Учитывая, что в некоторых источниках крутизна ската измеряется не в градусах, а в процентах или в пропорциях (отношение основания треугольника к высоте), эти показатели указаны тоже.

Минимальная крутизна ската кровли Тип кровельного покрытия градусы пропорциональное
соотношение проценты 9° 1:6,6 15% Рулонные кровельные битумные покрытия, наклеенные на мастику горячим способом –не менее двух слоев.
Отдельные типы профнастила – в соответствии с рекомендациями производителя материала. 10° 1:6 17% Шифер асбестоцементный волновой, усиленного профиля.
Еврошифер – ондулин, при сплошной обрешетке. 11 - 12° 1:5 20% Черепица битумная мягкая. 14° 1:4 25% Шифер асбестоцементный плоский, усиленного профиля.
Все типы профнастила или металлочерепицы, без ограничений. 16° 1:3,5 29% Кровля металлическая листовая, с фальцевым соединением 18-19° 1:3 33% Все типы волнового асбестоцементного шифера, без ограничений 26-27° 1:2 50% Штучное кровельное покрытие – керамическая, цементная, полимербетонная черепица, сланцевые плитки 39° 1:1,25 80% Натуральные покрытия – щепа, дранка, гонт, камышовые крыши.

Есть нюанс – важный при выборе кровельного покрытия. Дело в том, что треугольная форма скатов больше предрасположена или к штучным, или к мягким рулонным материалам. Дело не в эксплуатационных качествах, а банально – в экономии приобретаемого покрытия. При раскрое листовых материалов (профнастила, шифера, ондулина, металлочерепицы) слишком много излишков уйдет в зарез (в отходы). Впрочем, это дело хозяев – стоимость листовых материалов часто бывает значительно ниже, и этим их применение все же может быть полностью оправдано.

Длина центральных и накосных стропильных ног

Если определена высота вершины, то есть конькового узла, то уже не составит особого труда найти «рабочую длину» стропильных ног, то есть от вершины до соединения с мауэрлатом

Для начала – центральные стропильные ноги.

Вначале определим необходимую длину центральных стропильных ног

Уже упоминалось, что центральные ноги иногда не используются – вместо них с небольшим разбегом от середины симметрично устанавливается пара укороченных стропил-нарожников. Тем не менее, даже в этом случае полученная в результате расчетов величина нам пригодится – и для определения длины этих самых нарожников, и для вычисления общей площади кровли.

Вновь внимание на схему, приведенную в начале публикации. Центральное стропило, по сути, геометрически представляет собой высоту треугольного ската (апофему пирамиды), а также является гипотенузой [КЕ] прямоугольного треугольника КFE. Катеты нам известны – это половина ширины (длины) здания [ AB]и уже рассчитанная высота Н. Ничего не мешает применить теорему Пифагора

Lц = [КЕ] = v([ AB/2]? + H?)

Чтобы не повторяться впоследствии, можно сразу вывести формулу и для определения длины накосного стропила КВ.

По тому же принципу рассчитаем и длину накосных стропил

Здесь также подойдет теорема Пифагора. Одним из катетов треугольника является та же высота Н, а вторым – гипотенуза [FB] другого равностороннего прямоугольного треугольника со сторонами, равными половине длины здания (диагональ квадрата со стороной [EB]).

[FB]? = [ AB/2]? + [ AB/2]? = 2?[ AB/2]?

Значит, длина накосного стропила равна:

Lн = [FB] = v(2?[ AB/2]? + H?)

Быстро и точно рассчитать оба этих параметра поможет расположенный ниже калькулятор:

Калькулятор расчета длины центральных и накосных стропил шатровой крыши

Введите запрашиваемые значения и нажмите кнопку "Рассчитать длину стропильной ноги" высота конькового узла Н, метров длина (ширина) дома, метров для какого стропила провести расчет? - центральное стропило - накосное стропило

Расчет произведен, но он учитывает только лишь «рабочую» длину стропильных ног. Если стропила будут задействованы еще и для формирования карнизного свеса, то им необходимо удлинения на определенную величину ?L. И она, опять же, будет отличаться для стропил, идущих вдоль ската (центральных ног и нарожников – для них она одинакова), и для диагональных, накосных.

Если же формировать карнизный свес предполагается путем установки кобылок, то расчет потребуется для определения их «рабочей» длины.

Схема определения удлинения стропила (или длины кобылки) для формирования карнизного свеса

Формула несложна – нам известна планируемая ширина карнизного свеса G и угол уклона ската ?. Удлинение будет равно:

?L = G / cos?

Это удлинение будет единым для всех центральных стропил и для всех нарожников. Для диагональных (накосных) стропил оно несколько больше – но все это учтено в расположенном ниже калькуляторе:

Калькулятор определения удлинения стропил (рабочей длины кобылок) для формирования карнизного свеса кровли

Укажите запрашиваемые данные и нажмите "Рассчитать удлинение стропила (рабочую длину кобылки)" Планируемая ширина карнизного свеса G, метров Угол уклона ската ?, градусов Для какой стопильной ноги рассчитываем? - центральное стропило или нарожники - накосное стропило

Общую длину заготовок, которые пойдут на изготовление стропильных ног (в случае, если они формируют карнизный свес), несложно вычислить простым суммированием L + ?L.

Нагрузка, выпадающая на конструкцию крыши, материал для изготовления стропильных ног и шаг их установки

С длиной центральных и накосных стропильных ног определились. Теперь необходимо разобраться, какого сечения должен быть пиломатериал, идущий на их изготовление. Этот параметр напрямую будет зависеть от нагрузок, впадающих на стропильную систему.

Нагрузки можно разделить на несколько категорий:

Статические постоянные нагрузки, обусловленные массой самой стропильной системы, обрешетки, кровельного материала, утеплителя, внутренней подшивки скатов.
Временные нагрузки, самыми выраженными из которых являются снеговая (масса вероятных в данной местности снежных наносов) и ветровая, также с учетом климатических условий региона и особенностей расположения самого строения.
Временные динамические нагрузки форс-мажорного характера, на случай стихийных бедствий – ураганных ветров, аномальных снегопадов или ливней, сейсмических толчков и других явлений. Предсказать все это – невозможно, поэтому конструкция просто должна обладать достаточным резервом прочности.
Кроме того, необходимо учитывать и возможную необходимость пребывания на крыше человека – для проведения строительных или ремонтных работ, для очистки снега и т.п.

Стропила для того и необходимы, чтобы выпадающая на крышу нагрузка максимально равномерно распределялась по ним. Понятно, чем чаще они установлены, тем меньшая доля нагрузки придется на каждый погонный метр.

Учитывая это обстоятельство, можно рассчитать сечение материала, которого будет, с необходимым резервом прочности, достаточно для того, чтобы несущие элементы конструкции системы выдержали все возможные испытания.

Сечение будет зависеть и еще от одного обстоятельства – длины пролета. Если говорить проще – то это расстояние между двумя точками опоры несущего элемента. Так, стропило может упираться только в коньковый узел и мауэрлат, то есть это будет максимальный пролет, или же иметь дополнительное усиление в виде бабок (стоек) или подкосов – об этом не зря говорилось выше.

Если рассчитать распределенную нагрузку на погонный метр стропила, и знать расстояние между планируемыми точками опоры (длину пролета), то несложно определить требуемое сечение бруса (доски, бревна) которое будет достаточным для такой системы. Для этого можно воспользоваться следующей таблицей:

Расчетная величина распределенной нагрузки на один погонный метр стропильной ноги, кг/м Оптимальное сечение бруса, доски или бревна для изготовления стропильных ног 75 100 125 150 175 Доска или брус Бревно - толщина доски или бруса, мм диаметр, мм 40 50 60 70 80 90 100 Длина пролета стропил между точками опоры, м - высота доски или бруса, мм 4.5 4 3.5 3 2.5 180 170 160 150 140 130 120 120 5 4.5 4 3.5 3 200 190 180 170 160 150 140 140 5.5 5 4.5 4 3.5 - 210 200 190 180 170 160 160 6 5.5 5 4.5 4 - - 220 210 200 190 180 180 6.5 6 5.5 5 4.5 - - - 230 220 210 200 200 - 6.5 6 5.5 5 - - - - 240 230 220 220

Пояснение по пользованию таблицей:

Например, расчеты показывают, что на погонный метр стропильной ноги придется 150 кг нагрузки, а само стропило будет иметь свободный пролет на самом длинном своем участке (например, между мауэрлатом и подкосом) – 4.5 метра. По этим данным заходим в левую часть таблицы и находим ячейку пересечения этих параметров. Из этой строки, но уже в правой части таблицы, можно выписать все допустимые значения сечения бруса (или диаметра бревна), которые будут отвечать требованиям обеспечения необходимой прочности. В данном примере это доски или брус 60?220, 70?210, 80?200, 90?190, 100?180 или же кругляк диаметром 180 мм.

Теперь осталось выяснить, как же определить распределенную нагрузку. Сама процедура расчетов – достаточно сложная, и вряд ли есть смысл приводить громоздкие формулы, которые могут лишь отпугнуть некоторых читателей. Вместо этого, будет предложен более удобный алгоритм, завязанный на калькулятор, в котором уже учтены все основные соотношения и зависимости, и необходимо лишь правильно ввести запрашиваемые значения.

Калькулятор для определения распределенной нагрузки на стропила

Итак, для расчета калькулятор запросит следующие данные:

Крутизна ската кровли – от этого непосредственно зависит уровень ветровых и снеговых нагрузок. Очевидно, что сем круче скат, тем меньшее значение будет иметь снеговая нагрузка, но тем больше «парусность», то есть ветровое воздействие. Значение угла ската кровли нам уже известно.
Тип планируемого кровельного покрытия. Различные материалы серьёзно отличаются и собственной массой, и степенью разреженности обрешетки под них.
Следующий пункт необходим для учета снеговой нагрузки. Территория страны разделена на зоны по вероятностным объемам выпадающего снега, по данным многолетних метеорологических наблюдений. Значения запрограммированы в калькулятор, а пользователю остается лишь определить номер своей зоны по приложенной карте-схеме:

Распределение территории РФ на зоны по уровню снеговой нагрузки

Далее – ветровая нагрузка. Для начала следует по сходной методике определить номер зоны для своего региона, по карте-схеме, расположенной ниже:

Распределение территории РФ на зоны по уровню ветрового воздействия.

Для учета ветрового воздействия только номера зоны по географическому признаку – недостаточно. Необходимо правильно отнести свое строение и к соответствующей зоне, зависящей от особенностей конкретного участка строительства.

В самом калькуляторе будут даны вполне исчерпывающие признаки этого зонирования («А», «Б» или «В»), но необходимо принимать во внимание еще один нюанс. Дело в том, что указанные преграды для ветра могут приниматься в расчет, если они расположены в пределах круга с радиусом, равным 30? h, где h – это планируемая высота возводимого здания в коньке (вершине «шатра»). Например, для дома высотой 6 метров принимаются в расчет те естественные или искусственные преграды для ветра, которые находятся на удалении не более 180 метров.

Наконец, и сама уже упомянутая высота здания h – также является исходной величиной, необходимой для расчета ветрового воздействия.
Последним пунктом будет предложно внести планируемый шаг установки стропил на скате. Понятно, что чем чаще они устанавливаются, тем меньше будет значение распределённой нагрузки, но «увлекаться», наверное, тоже не следует, так как слишком малый шаг приведет к усложнению и утяжелению самой системы. Значит, варьируя значение шага установки, пользователь может попробовать выбрать оптимальный вариант, а затем по таблице определить требуемое сечение пиломатериалов для этого случая. Несколько вариантов дадут развернутую картину, и можно будет принимать то или иное решение.

Вот теперь можно перейти непосредственно к расчетам:

Укажите запрашиваемые данные и нажмите "Рассчитать распределенную нагрузку на стропила" Угол ската кровли, градусов Укажите выбранный тип кровельного покрытия Асбесто-цементный шифер обычного профиля Асбесто-цементный шифер усиленного профиля Целлюлозно-битумные листы («Еврошифер», «ондулин») Кровельное железо (оцинкованная сталь) Мягкая черепица Металлочерепица, профнастил Керамическая черепица Черепица на цементной основе Полимер-песчаная черепица Мягкая кровля - рубероид на битумной мастике в два слоя Определите по карте-схеме и укажите зону своего региона по уровню снеговой нагрузки I II III IV V VI VII Определите по карте и укажите зону своего региона по уровню ветрового давления Ia I II III IV V VI VII Укажите зону расположения здания Зона «А» - Открытая местность (степь, пустыня), незащищённые от ветров побережья крупных природных водоемов. Зона «Б» - Пересеченные, лесистые участки местности с естественными преградами для ветра или с искусственными насаждениями, высотой до 10 метров, территории поселков и небольших городов. Зона «В» - Плотная городская застройка, с высотой искусственных преград для ветра высотой 25 метров и более. Укажите высоту конька крыши над землей - не более 5 метров - от 5 до 10 метров - от 11 до 20 метров - более 20 метров Ниже будет предложено ввести предполагаемый шаг установки стропил. Изменяя этот показатель, можно добиться оптимального значения распределенной нагрузки на стропильные ноги Шаг установки стропил, метров

Полученное значение при входе в таблицу сечений должно приводиться к ближайшему в большую сторону.

Данный алгоритм позволил нам рассчитать сечение бруса для центральных стропильных ног. Укороченные стропила (нарожники) также вполне можно изготавливать из того же материала. А вот для накосных, самых длинных стропил, требуется несколько иной подход. Поэтому, чтобы гарантированно обеспечить их прочность, очень часто поступают таким образом: их изготавливают из того же пиломатериала, что и центральные стропила, но спаривая его, сращивая вдвое.

Сращенные вдвое доски накосных стропильных ног шатровой крыши

Кроме того, как уже упоминалось, для монтажа укороченных стропил (нарожников) по низу накосной ноги рекомендуется закрепить черепные бруски.

Соединение накосного стропила с нарожниками

1 – накосное стропило из сдвоенной доски.

2 – черепные бруски.

3 – укороченные стропила (нарожники).

Крепление черепных брусков одновременно играет и еще одну роль – оно придает стропилу своеобразный тавровый профиль, который значительно лучше противостоит и изгибающей, и скручивающей нагрузке.

Длина нарожников

С материалом изготовления укороченных стропил-нарожников определились, теперь осталось разобраться с длиной заготовок.

Здесь, конечно, тоже можно подключить тригонометрию или теорему Пифагора, но есть и более простой способ.

Образующиеся треугольники – подобны, и этим можно воспользоваться.

Нам известна величина d – это половина ширины или длины здания. Ранее была рассчитана длина центрального стропила – Lц. Так вот, уменьшение длины укороченных стропил ?l будет пропорционально расстоянию ?d от центрального стропила (осевой линии ската) до конкретного нарожника:

?d / d = ?l / Lц

Дальнейший расчет превращается в простейшую арифметику для начальных классов. Тем не менее, для тех, кто не любит возиться с вычислениями – калькулятор расчета длины нарожников:

Калькулятор для расчета длины укороченных стропил (нарожников)

Введите запрашиваемые данные и нажмите "Рассчитать длину нарожника" Длина (ширина) здания, d, метров Расчитанная длина центрального стропила, Lц, метров Расстояние от центрального стропила (осевой линии ската) до нарожника, ?d, метров

Длина нарожника вычисляется без учета карнизного свеса. Если его требуется удлинить в этих целях, то о том, как проводится дополнительный расчет – уже рассказывалось выше.

Общая площадь кровли

Остался невыясненным еще один важны момент – это общая площадь получающейся крыши. А между тем, этот параметр очень важно знать еще на стадии еще на стадии проектирования и проведения подготовительных работ – от него начинаю «плясать», когда определяют потребное количество кровельного материала со всеми комплектующими, листов фанеры для сплошной обрешетки, пароизоляционной пленки, диффузной мембраны, утеплителя и т.п.

В случае с «классической» симметричной шатровой крышей особых проблем нет – у нее четыре абсолютно одинаковых треугольных ската, а площадь треугольника определяется очень просто. Правда, необходимо учесть некоторые нюансы.

Исходные данные для определения площади одного ската шатровой кровли

Так как в подавляющем большинстве случаев крыша образует карнизный свес, то это также должно быть учтено при расчете площади.

Площадь треугольника равна:

S = 0.5 ? А ? h

где А – основание, а h – высота. В нашем случае все данные уже известны.

Обратите внимание на схему:

Основанием треугольника в данном случае будет выступать не только ширина дома D, но и ширина карнизных свесов G с обеих сторон, то есть: D + 2?G

Высотой треугольного ската тогда будет рассчитанная ранее длина центральной стропильной ноги Lц плюс ее удлинение на карнизный свес ?L.

В итоге площадь ската равна:

Sс = 0,5 ? (D + 2?G) ? (Lц + ?L)

А теперь осталось только умножить все это на 4 – количество скатов:

Sк = 2 ? ( D + 2? G) ? ( Lц + ? L)

Все это учтено в расположенном ниже калькуляторе:

Калькулятор расчета площади шатровой крыши

Укажите запрашиваемые значения и нажмите "Рассчитать площадь шатровой крыши" Длина (ширина) дома D, метров Ширина карнизного свеса от стены, G, метров Рассчитанная длина центрального стропила, Lц, метров Рассчитанное удлинение стропила на карнизный свес, ?L, метров

Итак, была рассмотрена стропильная система «классической» шатровой крыши с четырьмя одинаковыми скатами. Безусловно, с возрастанием числа «граней пирамиды» конструкция будет усложняться, но все основные базовые расчеты принципиально не меняются, так как в основе любого ската все рано остается равнобедренный треугольник.

Как видите, расчёты не настолько сложны, чего, правда, не скажешь о монтаже – здесь никак не обойтись без наработанных плотницких навыков. И если желание самостоятельно возвести шатровую крышу не пропало, то необходимо, по крайней мере, заручиться помощью опытных товарищей, которые уже ранее занимались монтажом стропильных систем.

И в завершение публикации – небольшой видеосюжет, в котором детально демонстрируется макет классической четырехскатной шатровой крыши:

Видео: основные элементы шатровой стропильной системы – на макете