Расчет вальмовой кровли четырехскатной крыши с чертежом

Строительство вальмовой конструкции крыши с четырьмя скатами считается одним из наиболее сложных вариантов возведения и обустройства из-за наличия в каркасе многочисленных достаточно непростых узлов сопряжения. До того момента, как начнется строительство стропильной системы, необходимо сделать общий расчет вальмовой кровли четырехскатной крыши с чертежом, и только после этого станет ясной ситуация, насколько массивной и тяжелой получится конструкция стропил.

Из чего состоит расчет четырехскатной крыши

В любой конструкции четырехскатной кровли, от самой простой, шатровой, до сложной вальмовой крыши ломаного типа, расчет выполняется по одной и той же схеме:

  • Выполняется эскизное проектирование вальмовой крыши своими руками согласно замыслу постройки и проектному заданию;
  • Разрабатывается основной чертеж вальмовой крыши;
  • Выполняется расчет вальмовой крыши, наиболее нагруженных частей каркаса четырехскатной вальмовой кровли;
  • Уточняют размеры основных деталей стропильной системы, выполняют деталировочные чертежи отдельных узлов.
К сведению! Только после выполнения расчетов и деталировки можно составлять смету и считать стоимость постройки красивой четырехскатной вальмовой крыши.

В данном случае приведена методика ручного расчета деревянного каркаса и стропильной системы кровли. Способ и основные этапы расчета не представляют особой сложности, выполнить проектирование и разобраться в расчетах вполне по силам даже школьникам. Если человек владеет методикой расчета, то у него есть четкое понимание того, как работает стропильная, коньковая и опорная балка, где находятся наиболее слабые звенья четырехскатной крыши.

Для определения размеров можно воспользоваться любой онлайновой программой или системой автоматизированного проектирования, но иногда оценку прочности и устойчивости приходится делать, что называется, «на ходу».

Устройство вальмовой крыши

Конструктивно классическая четырехскатная вальмовая крыша состоит из двух основных скатов и двух боковых вальм. Для расчета длин и сечений бруса необходимо составить максимально точный эскиз, или лучше — чертеж будущей четырехскатной крыши. Используя схемы с различным исполнением углов наклона и высоты крыши, можно прорисовать и просчитать различные варианты компоновки кровли, и главное – определить геометрические размеры наиболее нагруженных деталей каркаса.

Основными элементами конструкции четырехскатной крыши являются:

  1. Рядовые стропильные балки, формирующие два основных ската. Стропила точно такие же по форме и исполнению, как в обычной двухскатной крыше. Скаты имеют форму равнобедренной трапеции;
  2. Вальмовые угловые, называемые еще накосными или диагональными стропилами, располагаются в углах каркаса крыши и формируют так называемые вальмовые скаты в виде симметричных равнобедренных треугольников;
  3. Нарожные стропила, из которых формируется плоскость вальмовых скатов;
  4. Вертикальные стойки, на которые опираются коньковая балка и все четыре ската.

Кроме того, в конструкции применяется большое количество вспомогательных элементов, призванных увеличить жесткость всего четырехскатного каркаса. Это всевозможные подкосы, распорки, шпренгели, устанавливаемые в качестве опорных элементов стропил, фото.

Самые длинные стропила называются угловыми, наиболее короткие – нарожными.

Расчет параметров каркаса крыши

По условиям задачи необходимо будет, пользуясь чертежами, выполнить оценочный расчет наиболее нагруженных элементов стропильной системы – вертикальной опорной стойки и стропильной балки четырехскатной вальмовой крыши. Кроме того, нужно выполнить расчет их размеров и положение линий запила под опорные поверхности на мауэрлате и коньковом прогоне.

Обычно используются схемы с одинарным коньковым прогоном, как на чертеже, но если подкрышное пространство планируют использовать в качестве чердака или мансардного помещения, в этом случае четырехскатную крышу строят по двухпрогонной схеме. Такой вариант значительно дороже, но позволяет получить более устойчивую и жесткую вальмовую конструкцию в случае постройки кровли с большой поверхностью ската.

Оба варианта четырехскатной крыши используют наслонные стропила с фиксацией стропильных балок на мауэрлате и опорой на коньковом прогоне. Расчет обоих вальмовых крыш выполняется по одной и той же методике.

Для выполнения расчета нам потребуется:

  • Определить нагрузки, действующие на каркас вальмовой крыши;
  • Проверить на прочность и устойчивость вертикальную опорную стойку;
  • Рассчитать прогиб и прочность рядовой и диагональной стропильной балки.

Для выполнения расчета используется упрощенная схема четырехскатной вальмовой крыши, приведенная ниже.

Все элементы каркаса четырехскатной вальмовой крыши условно можно разделить на две группы — балки, в том числе и стойки. Первые работают в условиях прогиба или под действием изгибающего момента. Вторая группа силовых элементов относится к более простым случаям, они работают в условиях линейного сжатия или растяжения. В этом случае расчет несущей способности сжатой стойки определяют из условий статической устойчивости под сжимающей нагрузкой.

Методика расчета устойчивости и прочности вертикальных опор и подкосов

На первом этапе нужно определить прочность вертикальной стойки, исходя из известной величины вертикальной нагрузки. Силу давления на вертикальные стойки вычисляют, как сумму трех составляющих — массы крыши с кровельным покрытием и веса от максимального снегового покрова. Так как скаты расположены под углом, то итоговое вертикальное давление, воспринимаемое крышей, можно грубо принять, как половину веса деревянных конструкций четырехскатной конструкции и массы снега, посчитанной, исходя из площади кровельного покрытия, перемноженной на максимальный вес 1 м2 снежного покрова кровли для данного региона.

Прочность вертикальной опоры определяют из следующего соотношения:

σ = Р/S ≤ Mс , где Мс – удельная прочность на сжатие конкретной породы древесины, Р— вертикальная нагрузка под действием веса четырехскатного каркаса и массы снега, в килограммах, S – суммарная площадь поперечного сечения всех вертикальных опор в данной конструкции. Полученная от деления величина не должна быть больше Мс, справочного значения, которое можно взять из справочника или СНиПа №II-25-80. Например, стойка из сухой сосны, сечением в 120 см2, выдерживает огромную вертикальную нагрузку почти в 16 тонн, поэтому расчет на прочность не имеет определяющего значения.

Почти всегда расчеты вертикальных стоек выполняют по запасу устойчивости или способности опоры воспринимать усилие без деформации и изгиба.

Для классификации гибкости опоры вводят понятие коэффициента гибкости λ, для куба он равен 0, для большинства реальных деревянных опор его значение может быть от 40 до 100 единиц.

Формула расчета устойчивости длинного деревянного стержня, который представляет собой опора четырехскатной крыши, выглядит так: σ = Р/ φS ≤ Mс , где φ— коэффициент продольного изгиба, определяемый согласно положениям СНиПа №II-25-80 по формуле:

  • Для значений λ меньше 70 единиц φ рассчитывают по формуле: φ = 1 – 0,8(λ/100)2;
  • При значениях λ больше 70 единиц φ получают: φ=3000/ λ2.

Практическое значение φ колеблется в пределах от 0,3 до 0,7.

Проще всего использовать график, позволяющий по зависимости λ – φ и соотношений длины к диаметру опоры получить точное значение φ и выполнить проверочный расчет на устойчивость.

Прочность стропильной балки

Расчет несущих вертикальных опор, как правило, является проверочным, так как в действительности запас прочности и устойчивости стоек, изготовленных из стандартного бруса 100х150 мм, для большинства вальмовых крыш всегда больше, чем требуется в реальности. Намного важнее проверить прочность стропильной диагональной балки, которые нередко ломаются под весом снега из-за недостаточного запаса жесткости.

Для проверки прочности стропильной балки на нагрузку используется стандартная формула — (Р/φS) + (Mz/Wz) ≤ My, где:

  • Р — суммарная нагрузка от веса конструкции вальмовой крыши, снегового покрова и вертикальной составляющей давления от потока ветра в кг;
  • S – размер поперечного сечения в см2;
  • Wz и Mz – момент сопротивления и значение изгибающего момента стропильной балки соответственно;
  • My – справочная величина сопротивления конкретной породы древесины балки изгибающему усилию.
К сведению! При угле наклона менее 27о, величиной ветровой нагрузки на каркас вальмовой четырехскатной крыши можно пренебречь, но при этом возрастает составляющая от снега и дополнительного веса обрешетки.

Все расчеты на прочность выполняются из предположения, что древесина балки, используемой для стропил вальмовой крыши, не имеет дефектов и повреждений, что на практике не всегда соответствует действительности. Кроме того, доски из разных частей ствола дерева имеют разную прочность, поэтому стропила для четырехскатной вальмовой крыши выполняют составными, в виде пакета из сбитых двух-трех досок 50х150 мм. Расчеты такого стропила по стандартной схеме.

Расчет геометрии элементов вальмовой четырехскатной крыши

Конструкцию вальмовой четырехскатной крыши можно представить в виде пространственного набора прямоугольников и трапеций.

Исходными величинами являются размеры прямоугольника мауэрлата, по которым будет выполняться расчет всех элементов каркаса четырехскатной крыши.

Первоначально нужно рассчитать высоту вертикальных опорных стоек. Для этого используется величина, равная половине длины боковой стены, за вычетом ½ толщины стенки дома S. Зная угол наклона свеса А, легко определяем высоту вертикальной опоры конькового бруса по формуле: Нк=0,5(Lbc – 0,5S)*tgА.

Далее определяем длину стропильной балки без свеса по формуле: Haq=Hk*cosA.

Приняв тот факт, что Loq=Ldo, можем определить:

  • Длину горизонтальной проекции угловой стропильной балки по формуле планиметрии Loc= 1.22*Ldo и, соответственно, размер самого диагонального стропило Lac, используя теорему Пифагора и катеты Loc и Hk;
  • Длину конькового прогона, как продольный размер коробки здания, за вычетом удвоенной длины Ldo, Lak=Lcm-2Ldo.

Кроме собственно размеров каркаса, необходимо выполнить расчет мест запила рядовой и диагональной стропильных балок.

Для этого по нижней кромке доски рядового стропило откладывают полученный расчетом размер Had, после откладывается ширина мауэрлата под углом наклона ската и выполняется клиновидный запил, как на рисунке.

Заключение

Для грамотного оперирования расчетами вальмовой четырехскатной крыши требуются определенные знания в строительной механике и сопромате, особенно в вопросах прочности и устойчивости конструкций. Тем не менее для простых схем, например, для беседки или сарая, проблемы прочности не столь критичны. Достаточно знать правила геометрического расчета четырехскатной крыши вальмового типа, а для наиболее важных опорных и стропильных элементов использовать брус с увеличенным запасом прочности.

Автор статей - Сергей Новожилов
Автор статьи:

Сергей Новожилов - эксперт по кровельным материалам с 9-летним опытом практической работы в области инженерных решений в строительстве.
Оцените статью:

Очень плохоТерпимоУдовлетворительноХорошая статьяОтличная статья! (Нет оценок)

Форма отправки комментария

Adblock detector