Для этого примем длину стены 6 м, длину ската 3 м и предварительно выберем шаг 1 м. Требуется 7 штук стропил весом 56 кг, общая площадь крыши составляет 18 кв.м. Итого для Подмосковья (берем нагрузку по максимуму)
18х312+7х8=5 672 кг (на всю крышу). Вспоминая формулы сопромата, применяем стандартный метод вычисления несущей способности балки (в данном случае стропила).
Допустимый момент сопротивления бруса с сечением bxh=8х10 (высота на ширину)
W = bh2/6=133 см.куб.
Балка с таким моментом может выдержать прогиб (R в формуле – модуль упругости древесины, для сосны второго сорта, которая обычно идет на конструкции, R=150 кгс/см.кв.)
M = WR=133х150=20 615 кг*см = 206 кг*м
С учетом длины пролета 3 м распределенная нагрузка на погонный метр балки
Q=8M/l2=8х206/32=183 кг/м.
Если шаг балок принят 1 м, то максимальная распределенная нагрузка на квадратный метр составляет, как уже было рассчитано выше, по максимуму 312 кг, что почти вдвое выше допустимого. Следовательно, данный шаг и/или сечение стропил не подходят.
Проводим повторную проверку, выбирая шаг стропил 600 мм. В этом случае максимальная допустимая нагрузка на погонный метр стропила будет
Q=183/0,6=305 кг/м.
Это уже гораздо ближе к требуемой нагрузке.
Но более рационально не уменьшать шаг стропил двускатной крыши, а увеличить сечение бруса.
Если мы примем следующее по порядку сечение из предложенной выше таблицы (8х13 см), получим
W = bh2/6=225 см.куб.
M = WR=225х150=33 800 кг*см = 338 кг*м
Q=8M/l2=8х338/32=300 кг/м.
Уменьшая шаг стропил до 0,9 м, получаем допустимую распределенную нагрузку 300/0,9=33 кг/м, что вполне достаточно для заданных условий.
Пример расчета 2 (Петропавловск-Камчатский)
При тех же начальных условиях – длина стены 6 м, скат трехметровый, шаг 1 м – нагрузка на крышу составляет по максимуму 592 кг без учета веса стропил. Из приведенного выше примера расчета понятно, что для такой нагрузки надо либо серьезно увеличивать сечение балки, либо сокращать шаг. Оба варианта не рациональны, поскольку за счет веса балок увеличат нагрузку на несущие конструкции здания на 12…25%, что нежелательно.
Но можно заменить материал, приняв металлические стропила.
В этом случае обрешетка будет не сплошной (как предложено в примере сбора нагрузки), а разреженной, и также металлической. Соответственно, вес конструкции уменьшиться как минимум на 15…30 кг/кв.м., а несущая способность возрастет.
Посчитать несущую способность двутавра или швеллера сложнее, чем бруса с прямоугольным сечением, для этого необходимо использовать специальные формулы.
Для примера приведена форма расчета двутавровой балки в расчетной программе.
Используем формулы расчета из примера 1, заменив рассчитываемый момент сопротивления уже известным моментом для стальной балки. Имеем в виду, что модуль упругости стали (как на сжатие, так и на растяжение) составляет 21 000 кгс/см.куб.
Для двутавра №10
W = 39,7 см.куб.
M = WR=39,7х21 000 =833 700 кг*см = 8337 кг*м
Q=8M/l2=8х8337/32=7410 кг/м.
Полученное значение намного превышает величину предельной нагрузки на крышу. Соответственно, пролет здесь можно спокойно увеличивать до 2м – это не приведет к разрушению конструкции.
Выводы
Рассчитывая шаг стропил односкатной крыши или более сложного сооружения, необходимо иметь в виду:
· производить расчет лучше «с запасом», поскольку увеличение нагрузки на несущие конструкции все же лучше, чем обрушение крыши в результате недостаточной прочности стропильной системы;
· принимая тяжелые кровельные материалы (керамическую черепицу, цементно-песчаную черепицу) лучше сразу брать в памятке следующее сечение стропил или уменьшать величину шага до предыдущего значения. В любом случае необходимо проверить правильность выбора прикидочным расчетом;
· принимая утепление под профлист или под металлочерепицу, стоит помнить о необходимости не только теплоизоляции, но и защиты от шума – в противном случае стук дождя или града по крыше способен свести «на нет» весь комфорт проживания. Небольшое увеличение нагрузки на стропильную систему в этом случае оправдано.