Расчет деревянной стропильной системы кровли
Вопрос:
Подскажите, пожалуйста, каким сечением применить стойки и подкосы в деревянной кровле при вот таких габаритах. Длинна стропил с одной стороны 24.5 м, с другой 14,5 м. Высота в коньке 6 м. Длина в коньке 19,5 м.
И нужно ли поднимать подкос от леженя, чтобы выдержать нужный угол? Спасибо.
Денис, Красноярск.
Ответ:
Привет, Денис из Красноярска!
Экий монстр ваша кровля с такими размерами! Для ответа на ваш вопрос сначала изобразим эскиз кровли.
Эскиз деревянной кровли
В существующей специальной литературе для индивидуального жилищного строительства нет данных о монтаже кровли с такими размерами. Имеется в виду - из деревянных элементов. Максимум пролетов между стенами в ней составляет, судя по приведенным таблицам, 16 - 18 метров.
В вашем случае пролет составляет (исходя из величины стропильных ног и высоты по коньку) почти 40,92 метра. Такой размер даже в промышленных машиностроительных цехах не имеет места быть. Там стандартные параметры пролетов заканчиваются на величине 36 метров.
Мне доводилось работать в цехах с пролетом в 24 метра. Кровельная система выполнялась в виде ферм из железобетонных конструкций.
Хотя один раз довелось делать конструкцию из металлопроката для пролета спортивного комплекса около 41 метра (если память не изменяет, по проекту печально известного архитектора Канчели, известного обрушениями Московского аквапарка и купола одного из столичных рынков). Мы делали сборную ферму из нескольких секций.
Московский манеж с деревянными фермами имеет пролет 44,8 метра. После последнего пожара балки перекрытия такого размера там выполнялись из деревянных элементов, но я не имею доступа к чертежам и документации, соответственно подробностей не знаю. По непроверенным данным, в качестве основания стропильной системы служили элементы из древесины стволов Восточной Сибири циклопических размеров. Естественно стыкованных между собой, поскольку длина стволов строевого леса из хвои не превышает 30 метров. О диаметре комлевой и вершинной части стволов не говорим, хотя это имеет огромное значение.
Во всех этих случаях, грубо говоря, стропильная система сделана в виде ферм, не имеющих дополнительных опор, и лежащих только на двух внешних стенах.
Для расчетов параметров вашей кровли необходимо иметь все данные о ней. То есть сечения и длины всех без исключения уже имеющихся элементов стропильной системы (стропильных ног /пар/, затяжек /ригелей/, лежней, прогонов). Выполнены ли они цельными или из составных частей. Шаг установки стропильных ног (пар), наличие сплошной или с прогалами обрешетки.
Какой кровельный материал предполагается использовать (вес натуральной глиняной черепицы далеко не идентичен металлочерепице). Кроме того величины ветровой и снеговой нагрузок. Плюс сюда собственно вес самой стропильной системы и вес рабочего персонала при ремонтных и снегоочистительных работах.
И самое главное - какая у вас стропильная система, наслонная (опоры стропильных ног на две наружные стены) или висячая?
Выражаясь профессиональными терминами - иметь техническое задание (технические условия) на монтаж кровельной системы.
Короче, это, как минимум, дипломная работа студента строительного ВУЗа, а как максимум, проект архитектора с докторской степенью, под которым коллектив проектировщиков.
Хотя практика показывает и в том и в другом случаях могут быть ошибки с печальными последствиями.
Не претендую на доктора, отвечу в меру понимания, как шабашник.
Также не рискую производить расчеты фермы без промежуточных опор, могу лишь говорить о стропильной системе, либо в виде собственно фермы, либо с наличием нескольких лежней. И там и там предусматриваются вертикальные стойки и подкосы по определенной схеме. При этом для создания максимально жесткой и устойчивой системы подкосы нижней частью упираются в угол стыка вертикальной опоры и лежня, а в верхней части располагаются строго под прямым углом к стропильной паре. То есть нижний угол не регламентируется.
Априори без теоретических расчетов берем условное сечение всех деревянных элементов например в виде обрезной доски 50*150 мм, самой распространенной. Хотя на практике в примерно аналогичных случаях используют и брус сечением 100*150 и даже 100*200 мм. Сечение лежней ориентировочно 200*100 мм.
И тот случай, когда стропильный неравнобедренный треугольник имеет один катет 24,5 м, другой 14,5 м, а своей гипотенузой стропильное основание 40,92 м. При этом стропильное основание в обязательном порядке (!) должно лежать либо на прочном перекрытии, либо на нескольких промежуточных стенах дома, как вариант - на стойках-колоннах, подпирающих потолочное перекрытие.
В том случае, когда вместо ферм предполагается наличие лежней, то их должно быть несколько, иначе стропильные ноги (пары) не выдержат нагрузки и кровля может рухнуть. Количество лежней - условно берем через каждые 6 погонных метров пролета. Это всего будет 6 лежней. Крайние опоры на мауэрлаты.
Схематично это будет ориентировочно выглядеть следующим образом.
Эскиз элементов деревянной кровли
Варианты с использованием мало применимых методик например, комбинированных металлопрокат-дерево или деревянных элементов в виде двутавров, сложных по конфигурации конструкций не рассматриваем.
То есть, мое итоговое резюме: Для вашего случая имеются два варианта монтажа стропильной системы. Первый, с использованием 6 лежней, когда нижняя затяжка (иначе основание стропильного треугольника отсутствует). Второй - лежни отсутствуют, стропильная система выполнена в виде треугольника, иначе фермы. С наличием затяжки (иначе основания стропильного треугольника).
По вашим словам - у вас первый вариант.
Еще раз повторюсь, и первый и второй варианты предполагают наличие под стропильной системой надежного, прочного чердачного перекрытия или вертикальных стоек-опор под лежнями или нижней затяжкой. А сама стропильная система выполнена из вертикальных стоек и подкосов, по приведенным эскизам.
Шаг (расстояние) между стропильными фермами или стропильными парами при кровле из натуральной черепицы - 0,6 метра. При других более легких кровельных материалов - 0,9, максимум 1,2 метра. Исходя из ваших 19,5 метров, это скорее всего будет 16 "шагов" по 1,2 метра.
Монтаж подкосов под углом в 90 градусов по отношению к стропильным парам, наиболее оптимальное решение от их изломов.
Фронтонные фермы или стропильные пары должны иметь подпорные раскосы, соединенные с соседними фермами или стропильными парами. Все стойки следует укрепить такими раскосами. Чтобы конструкция не сложилась. Также для этой цели используются оцинкованные перфорированные ленты прикрепляемые по верхним поверхностям стропильных пар с расположением по диагонали крест-на-крест на каждом скате кровли. Так называемый "андреевский флаг". Поскольку просто ветровые доски здесь не подходят.
Для усиления стоек, изготовленных из обрезной доски сечением 150*50 мм можно с обеих их сторон нарастить такой же доской, внакладку (подробнее смотреть на эскизе). Места сопряжения элементов могут производиться как обычным крепежом (гвозди, скобы, шпильки, саморезы), так и с использованием покупных или самодельных стандартных перфорированных пластин соответствующей конфигурации.
Если нигде не промахнулся, то и все.
Не знаю насколько доходчиво рассказал, но как смог. Ясное дело, что это материал лишь от шабашника, а какой с него спрос? В конце-концов проект можно заказать и в проектном бюро, там вам даже на сейсмоустойчивость расчет сделают. За соответствующую плату естественно. Может даже и с определенной гарантией...
Удачи!
P. S. Да, чуть не забыл - если вы будете и фронтоны гаража обшивать обрезной доской шириной 15 см и 25 мм толщины, то добавьте к названным объемам пиломатериала еще 5 кв метров такой доски. Иначе - 6 штук досок 6-ти метровых.