Какими должны быть размеры стропил и как их рассчитать

Каркас крыши не зря называют стропильной системой. Именно стропила — его ключевой и единственный несущий элемент, без которого построить скатную кровлю невозможно. Поэтому выбор размеров стропил и их шага — один из самых важных этапов проектирования крыши.

Содержание

Стандартные размеры стропил

Если вы строите жилой дом, то размеры стропил для крыши нужно обязательно рассчитывать, а не выбирать пиломатериалы стандартных сечений наугад. Иначе в лучшем случае вы просто переплатите. В худшем же все может закончиться необходимостью капитального ремонта крыши или даже ее обрушением снежной зимой.

Если вам нужно построить гараж, сарай, домик для гостей и другие похожие строения, то при проектировании крыши вполне можно ограничиться стандартной толщиной и шириной стропил. Но только если скаты кровли достаточно крутые. Крыши с уклоном меньше 25° желательно в любом случае рассчитывать.

Если стропила будут сделаны из досок

В подавляющем большинстве случаев стропильные ноги делают из досок. Это связано со спецификой нагрузки на стропила. В основном они работают на изгиб, а устойчивость к этому виду нагрузки намного больше зависит от толщины стропил, чем от их ширины.

У этой особенности есть два следствия. Возьмем брус и доску, которые способны выдержать одинаковую нагрузку на изгиб, и сравним их характеристики. Что мы получим? По сравнению с брусом доска будет:

1. Существенно легче, причем разница может быть кратной. Это сильно (на сотни килограмм даже для небольшого дома) снизит нагрузку на несущие стены и фундамент.
2. Дешевле. Почти всегда пиломатериалы продаются по цене за куб древесины. Размеры стропил из досок меньше, поэтому и стоят они дешевле.
3. 3.     Проще в монтаже. Из-за меньшего веса доску проще поднять на кровлю и закрепить на ней, а из-за меньшей толщины стропил в них легче делать запилы под коньковую балку и мауэрлат.

Кроме того, доски хорошего качества проще найти, поскольку с увеличением сечения растет и вероятность появления на древесине значимых дефектов.

Теперь о стандартных размерах досок для стропил крыши. Как правило, стропильные ноги делают из пиломатериалов 50×150, 50×180, 50×200, 50×220 мм.

Стропила 50×150 мм — это вариант для небольших хозяйственных построек, а доски 50×200 мм чаще всего выбирают для крыш жилых домов.

Размеры бруса для стропил крыши

Поскольку у бруса по сравнению с досками почти нет преимуществ, такие стропила делают редко — как правило, когда необходимо реконструировать крышу с заменой кровельного покрытия более тяжелым. Или если нет возможности купить качественные доски, а хороший брус доступен.

Стандартные размеры бруса для крыши — 100×100 мм и 100×150 мм. Для жилого дома подойдет второй вариант сечения. Брус больших размеров для стропил почти никогда не используется, поскольку такие стропильные ноги будут слишком тяжелыми. Настолько, что поднимать их на крышу и работать с ними, скорее всего, придется с помощью крана. Не говоря уже о сложности монтажа: запилов, крепления, подгонки.

Как рассчитать размеры стропил

Как мы уже писали, для жилого дома размер стропил для крыши крайне желательно рассчитать. Правила и формулы для этого расчета есть в двух нормативах: СП 64.13330.2017 «Деревянные конструкции» и СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия».

Сразу предупредим: расчет сложный, поэтому лучше доверить его профессиональным проектировщикам или воспользоваться специальными приложениями. Но если вас не пугает сложность, тогда вот поэтапный план такого расчета:

1. Сначала нужно рассчитать нагрузку на стропила. Эта сумма двух составляющих: постоянной нагрузки (масса самого кровельного пирога и установленного на крыше оборудования) и переменной (в первую очередь, это снеговая и ветровая нагрузки).
2. Дальше нужно задать три параметра: угол наклона скатов крыши, шаг стропил и их рабочую длину. Рабочая длина — это расстояние между точками опоры стропильных ног.
3. Потом необходимо перевести нагрузку на единицу площади крыши Q в нагрузку на единицу длины стропил Q_r. Для этого используем формулу: Q_r=A·Q, где А — шаг стропильных ног.
4. Теперь можно подобрать размеры стропил для крыши под линейную нагрузку Q_r. Для этого есть две формулы. Первая работает, если угол наклона крыши меньше 30°. Тогда минимальную высоту стропил H_min (в сантиметрах) считают так: H_min=8,6·L_max·√(Q_r/(B·R_изб)). Если уклон больше, тогда формула выглядит немного иначе: H_min=9,5·L_max·√(Q_r/(B·R_изб)). Здесь L_max — рабочая длина стропильной ноги, B — ее ширина, R_изб — сопротивление на изгиб.
5. Полученное значение высоты стропильной ноги округляют в большую сторону до ближайшего стандартного размера доски или бруса.

Сопротивление на изгиб для пиломатериала можно узнать у поставщика или посмотреть в таблице из норматива.

После того как вы рассчитали необходимые размеры стропил, их необходимо проверить на прогиб. Согласно все тем же нормативам стропило не должно прогибаться больше, чем на 1/200 длины прогона. Выполнение условия на прогиб проверяют по формуле:

3,125· Q_r·L³_max/(B·H³)≤1

Если после подстановки значений равенство остается верным, тогда выбранное сечение подходит. Если нет, расчет необходимо повторить, уменьшив рабочую длину стропильной ноги или увеличив ее высоту либо ширину.

Для большинства стандартных форм крыш (односкатная, двускатная, четырехскатная) рассчитывают размеры только одной стропильной ноги — самой нагруженной. Все остальные просто делают такими же.

Подведем итоги

Как правило, стропила делают из досок. Стандартные размеры пиломатериалов в этом случае — 50×150, 50×180, 50×200, 50×220 мм.

Брус пускают на стропильные ноги намного реже, поскольку прочность на изгиб намного быстрее прирастает с увеличением высоты, а не ширины. Тем не менее, такие стропила встречаются. Наиболее распространенные размеры — 100×100 мм и 100×150 мм. Но если дом жилой, стандартные размеры стропил не подходят. Сечение стропильных ног нужно рассчитывать, иначе есть риск обрушения крыши или ее сильного повреждения зимой.