Расчёт стропильной системы: методика расчёта вручную и автоматизация

Балка – это элемент строительных несущих конструкций, который широко используется для возведения межэтажных перекрытий. Перекрытия, в свою очередь, предназначены для разделения по высоте смежных помещений, а также принятия статических и динамических нагрузок от находящихся на нем предметов интерьера, оборудования, людей и т.д.

Подробный обзор

Инструкция по работе с программой

Рассмотренная программа небольшая и дополнительной установки не требует.

Интерфейс программы

Чтобы было понятнее, рассмотрим каждый пункт программы:

  • 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.

Cкачать программу расчета деревянных балок перекрытия

Чердачное перекрытие: устройство гидроизоляции по деревянным балкам, теплотехнический расчет – пример

Конструкция перекрытия представлена на рисунке 1.2.

Требуемое сопротивление теплопередаче найдем исходя из санитарно-гигиенических условий по формуле (1.2):

Ro тр = (21-2)/ 38,7 = 0,73 м 2о С/Вт,

где tint – расчетная температура внутреннего воздуха, С, принимаемая согласно ГОСТ и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений, tв = +21 о С;

text – расчетная температура воздуха на чердаке, С, tн = +2 о С ;

tn – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемых по таблице 5 [1], для чердачных перекрытий t н = 3 о С;

int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 4 [1], для потолков в = 8,7 о С.

Рисунок 1.2 – Конструкция перекрытия: 1 – железобетонная многопустотная плита; 2 – утеплитель; 3 – стяжка из цементно-песчаного раствора

Требуемое сопротивление теплопередаче найдем исходя из условия энергосбережения.

Градусо-сутки отопительного периода Dd следует определять по формуле:

Dd = (21-(-5,8))·239 = 6405,2 С ·сут

По таблице 3 [1] найдем

Rreq = aDd + b = 0,000456405,2+1,9 = 4,78 м 2о С/Вт.

Фактическое сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции Ro, м 2 С/Вт следует определять по формуле (1.4).

Найдем фактическое сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции:

1 слой – железобетонная многопустотная плита, ? = 2,04 Вт/мС;

2 слой – утеплитель Пеноплэкс, ? = 0,03 Вт/мС;

3 слой – стяжка из цементно-песчаного раствора, ? = 0,93 Вт/мС.

Отсюда 2 ? 0,135 м. Принимаем толщину утеплителя 200 мм, который будет укладываться в 2 слоя, толщина каждого из которых равна 100 мм.

Теплотехнический расчет утеплителя покрытия мансардного этажа

Конструкция покрытия представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Конструкция покрытия: 1- железобетонная монолитная плита; 2 – утеплитель; 3 – обрешетка д = 25 мм по брускам 50х60 мм; 4 – кровельная сталь с полимерным покрытием.

Требуемое сопротивление теплопередаче найдем исходя из санитарно-гигиенических условий по формуле (1.2):

Ro тр = (21-(-34))/ 38,7 = 2,11 м 2о С/Вт,

где tint – расчетная температура внутреннего воздуха, С, принимаемая согласно ГОСТ и нормам проектирования соответствующих зданий и сооружений, tв = +21 о С;

text – расчетная температура воздуха на чердаке, С, tн = +2 о С ;

tn – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимаемых по таблице 5 [1], для чердачных перекрытий t н = 3 о С;

int – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, принимаемый по таблице 4 [1], для потолков в = 8,7 о С.

Требуемое сопротивление теплопередаче найдем исходя из условия энергосбережения.

Градусо-сутки отопительного периода Dd следует определять по формуле:

Dd = (21-(-5,8))·239 = 6405,2 С ·сут

По таблице 3 [1] найдем

Rreq = aDd + b = 0,00056405,2+2,2 = 5,40 м 2о С/Вт.

Фактическое сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции Ro, м 2 С/Вт следует определять по формуле (1.4).

Найдем фактическое сопротивление теплопередаче многослойной ограждающей конструкции:

1 слой – железобетонная монолитная плита, ? = 2,04 Вт/мС;

2 слой – утеплитель Пеноплэкс, ? = 0,03 Вт/мС.

Слои, расположенные после воздушной прослойки, в расчете не учитываем.

Отсюда 2?0,156 м. Принимаем толщину утеплителя 200 мм, который будет укладываться в 2 слоя, толщина каждого из которых равна 100 мм.

Чердачное перекрытие при холодном чердаке

Чердачное помещение может быть тёплым или холодным.

В холодном чердаке крыша не утепляется, и отопление не предусматривается. Чтобы холодный воздух из такого чердака не проникал в помещение под чердаком, чердачное перекрытие утепляют.

Однако из жилого тёплого подчердачного помещения в большей или меньшей степени тёплый воздух всё равно диффузирует (приникает) в чердак, неся с собой водяной пар. Пар поднимается выше и, сталкиваясь с холодной внутренней поверхностью крыши, превращается в конденсат. Иногда капли конденсируемой влаги настолько обильны, что, собираясь в ручейки, текут по стенам. Появляется сырость, плесень, грибок и прочие явления, ухудшающие не только влажностный и санитарный режим дома, но и разрушающие конструкции стен и крыши. Ясно, что это недопустимо.

Меры борьбы с появлением конденсата различны. Для начала нужно уменьшить, а по возможности отсечь поступление пара в объём чердака. Это делается с помощью пароизоляционных материалов, укладываемых со стороны подчердачного тёплого помещения, т. е. под утеплителем. Чердак, не используемый как жилое помещение, не требует полной звукоизоляции и высококачественной отделки пола, поэтому некоторые элементы чердачного перекрытия могут быть в него не заложены. Как решает этот вопрос одна из крупных проектных московских фирм показано на рисунке.

При желании сделать чердачное перекрытие таким же, как и междуэтажное, нужно настелить под утеплителем не любой рулонный материал (вспомним, что в обычном междуэтажном перекрытии он играл роль барьера от осыпи звукоизолирующего материала), а именно пароизоляционный.

Если пар всё-таки проникает через неплотности конструкции или иные пути, что чаще всего и происходит, то принимаются конструктивные меры: например, устраиваются продухи для проветривания крыши, о чём будет рассказано в разделе «Крыши».

При тёплом чердаке в конструкцию крыши закладывается утеплитель (подробнее об этом говорится в разделе «Крыши»), а чердачное перекрытие не утепляют.

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.

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.

Монтаж стропильной системы: основные этапы

Устройство вальмовой кровли проводится в определенной последовательности:

  1. По периметру дома укладывается мауэрлат, на внутренние несущие стены — лежень.
  2. Сверху устанавливается балочное перекрытие.
  3. Монтируется силовая рама конька. Она раскрепляется для увеличения устойчивости жесткими связями.
  4. Крепятся опорные и центральные стропила, затем угловые и укороченные. Запил торцов удобно проводить с помощью угольника Свенсона.
  5. Каркас закрепляется с помощью раскосов, подпорок, ветровых балок и т.д.
  6. Устраивается гидроизоляция, контробешетка и обрешетка для жесткой кровли. В мягкой сначала укладывается сплошной настил, затем проводятся гидроизоляционные мероприятия.

В зависимости от вида кровли — утепленная или холодная —дальнейшие действия включают укладку тепло- и пароизоляционных материалов или только одного защитно-декоративного покрытия.

Использование автоматических систем расчёта кровли

Расчёты стропильной системы на первый взгляд кажутся запутанными и трудными с множеством непонятных терминов. Но если вникнуть внимательно и вспомнить школьный курс математики, то все формулы вполне доступны для понимания даже человеку без профильного образования. Тем не менее многие предпочитают несложные онлайн-программы, где требуется лишь занести данные в форму и получить результат.

Видео: расчёт крыши бесплатным калькулятором

Для более глубоких расчётов имеется специальное программное обеспечение, среди которого заслуживают внимания ПО «Автокад», SCAD, 3D Max и бесплатная программа «Аркон».

Видео: расчёт мансардной кровли в программе SCAD — подбор сечений элементов

Роль стропильной конструкции — удерживать вес всех нагрузок, равномерно распределять их и передавать на стены и фундамент. Поэтому от продуманного подхода к расчёту зависит надёжность, безопасность, долголетие и привлекательность всего строения. Лишь разобравшись в деталях обустройства стропильного каркаса, можно справиться с расчётами самостоятельно или как минимум проконтролировать добросовестность своих подрядчиков и проектировщиков, чтобы по незнанию не переплачивать лишнее. Удачи вам.

Калькулятор подбора деревянных двутавровых балок | I beams SIA

SIA I-beams производит износоустойчивые деревянные двутавры. Такие балки показали себя как незаменимый стройматериал при строительстве зданий в Северной Америке, понемногу они начинают завоевывать и рынки Европы.

Чтобы правильно произвести расчет необходимого количества балок, мы создали расчетный калькулятор, который вам поможет быстро и удобно рассчитать шаг между балками и их тип в зависимости от расстояния между стенами и от нагрузок в конкретном случае.

Как пользоваться калькулятором:

  1. Вводим расчетную длину пролета. Для балок перекрытия — это наибольший пролет, т.е. наибольшее расстояние между соседними стенами, на которые опирается балка. Для стропил кровли – это горизонтальное расстояние (проекция мест опоры, обычно расстояние между осями) между местами опора балки (сама балка длиннее, чем эта проекция, т.е. чем больше угол, тем длиннее балка).
  2. Для стропил кровли вводим угол наклона. Угол наклона – наклон стропил к горизонтали.
  3. Вводим шаг – это межцентровое расстояние между соседними балками.
  4. 4. Можно изменить постоянную нагрузку. В соответствии с нормативом EN 1991, постоянную нагрузку рассчитывают по плотности конструкции пола/перекрытия/крыши, помноженной на коэффициент надежности. Согласно EN 1990, коэффициент надежности для постоянных нагрузок — 1,35, а для временных — 1,5.
  5. Можно изменить временную нагрузку. В соответствии с нормативом EN 1991, величины временной нагрузки принимаются в зависимости от предполагаемого использования перекрытия. Для перекрытий жилых помещений можно принимать временную нагрузку 200 kg/m2. При расчете стропильной системы нагрузки от снега принимаются согласно LBN-003-1, таблица 16.2. Для Риги это равняется 125 kg/m2.

    *В расчетном калькуляторе включено определение расчетной нагрузки при соответствующих коэффициентах надежности: согласно EN 1990 для постоянных нагрузок это — 1,35 а для временных нагрузок — 1,5. В калькулятор вводятся нагрузки без учета коэффициентов надежности. – это повторение из п.4.

    *Величина используемой расчетной нагрузки будет индивидуальной — в зависимости от конкретной ситуации.

  6. Когда все упомянутые данные введены в таблицу, можно ознакомиться с результатом. Внизу находится табличка с имеющимися в нашем ассортименте балками. Зеленым цветом закрашены все балки, которые можно использовать, а красным – несущая способность которых не соответствует заданным вами параметрам. Чтобы изменить результат, советуем изменить шаг балок.
Читайте также:  Как правильно укладывать плиты перекрытия на стены

Двутавровая балка с параллельными гранями полок нестандартных размеров

Номер балки Размеры Масса 1м, кг Метров в тонне
h b s t
Узкополочная балка
31У3А 309 102 6,0 8,9 28,5 35,1
31У4А 313 102 6,6 10,8 32,9 30,4
36У1А 349 127 5,8 8,5 32,9 30,4
36У2А 353 128 6,5 10,7 39,2 25,5
41У1А 399 140 6,4 8,8 39,5 25,3
41У2А 403 140 7,0 11,2 46,5 21,5
46У3А 459 154 9,1 15,4 68,8 14,5
61У1А 599 178 10 12,8 82,7 12,1
61У2А 603 179 10,9 15,0 93,1 10,7
Нормальная балка
31Б1А 310 165 5,8 9,7 38,9 25,7
31Б2А 313 166 6,6 11,2 44,8 22,3
31Б3А 317 167 7,6 13,2 52,5 19,0
36Б1А 352 171 6,9 9,8 45,1 22,2
36Б2А 355 171 7,2 11,6 50,7 19,7
36Б3А 358 172 7,9 13,1 56,8 17,6
41Б1А 403 177 7,5 10,9 53,7 18,6
41Б2А 407 178 7,7 12,8 59,8 16,7
46Б1А 457 190 9,0 14,5 74,5 13,4
46Б2А 460 191 9,9 16,0 82,2 12,2
61Б1А 603 228 10,5 14,9 102,5 9,8
61Б2А 608 228 11,2 17,3 114,3 8,7
Среднеполочная балка
20Д1А 207 133 5,8 8,4 26,7 37,5
20Д2А 210 134 6,4 10,0 31,5 31,7
25Д2А 258 146 6,1 9,1 32,9 30,4
25Д3А 262 147 6,6 11,0 38,8 25,8
Колонная балка
12KC 125 125 6.5 10.0 23.8 42.0
15K1C 150 150 7.0 10.0 31.5 31.7
15K1A 152 152 5.8 6.6 22.6 44.2
15K2A 157 153 6.6 9.3 30.1 33.2
15K3A 162 154 8.1 11.6 37.4 26.7
20K2A 203 203 7.2 11.0 46.0 21.7
20K3A 206 204 7.9 12.6 52.2 19.2
20K4A 210 205 9.1 14.2 59.3 16.9
20K5A 216 206 10.2 17.4 71.5 14.0
20K4C 200 204 12.0 12.0 56.2 17.8
25K1AC 246 256 10.5 10.7 63.5 15.7
25K4C 244 252 11.0 11.0 64.4 15.5
30K3C 294 302 12.0 12.0 84.5 11.8
31K1AC 299 306 11.0 11.0 79.2 12.6
31K3AC 308 310 15.4 15.5 111.4 9.0
35K3C 338 351 13.0 13.0 106.0 9.4
35K4C 344 354 16.0 16.0 131.0 7.6
40K9C 394 405 18.0 18.0 168.0 6.0

Жесткое крепление

Для жесткого соединения вам понадобится сделать вырубку стропильного бруса или использовать нашивку тип крепления используется как для создания односкатной крыши, так и для других типов конструкции.

Пошаговое исполнение способа вырубки выглядит следующим образом:

  1. Проведите вырубку всех заготовок по шаблону. Для начала установите брус для будущей стропильной ноги с определенным углом (заложенным в проекте), а затем наметьте место выемки. Глубина ее должна быть не больше трети высоты бруска. После изготовления одной стропильной ноги используйте ее в качестве образца. Остальные вам нужно будет сделать идентичными. Важно на этой стадии не сделать ошибку.
  2. Каждую стропильную ногу установите седлом на мауэрлат и закрепите при помощи гвоздей. Сначала забейте два под углом друг к другу, с боковых частей стропильной системы. Третий необходимо вбить вертикально – он обеспечивает прочность конструкции.

Есть еще один способ жесткого крепления: при его использовании к стропильным ногам подшивают метровые бруски, которые упираются в мауэрлат. Они должны быть закреплены при помощи металлических уголков.

Макет раскладки крыши

Макет является уменьшенной копией крыши, по нему можно определить оптимальную высоту конька и угол наклона скатов по отношению к размерам здания. Схема стропильной системы вальмовой крыши, выполненная в виде чертежа с указанием размеров и расположением элементов стропильной группы, называется макетом раскладки. На таких схемах указывается местоположение, длина и высота конькового прогона, а также размеры и количество основных, диагональных и нарожных стропил.

На схеме стропильной системы указываются размеры элементов, место их установки, способ монтажа и углы наклона стропильных ног

На чертеже указывается способ крепления деталей, углы и размеры врезки, шаг стропил и схема обустройства карнизного свеса. По схеме можно произвести расчёт количества материалов, раскрой и поштучную раскладку деталей на месте монтажа.

Необходимо учесть, что расчётные данные нуждаются в практической проверке, поэтому перед изготовлением шаблонов для раскроя деталей нужно произвести пробную стыковку основных и диагональных стропил.