Кроквяна система є невід’ємним елементом будь-якого даху. Її основне завдання полягає в підтримуванні покрівельного пирога і протистоянні зовнішнім навантаженням. Конструкція кроквяної системи залежить від багатьох чинників, починаючи від ваги самої даху, закінчуючи кліматичними умовами місцевості. Її правильний розрахунок визначає довговічність конструкції і комфорт мешканців будинку. У цій статті ми розповімо про розрахунок кроквяної системи даху.
Зміст
- Матеріали для будівництва
- Кріплення для кроквяної системи
- Навантаження на покрівлю
- Навантаження снігу дах
- Навантаження на дах вітру
- Вага покрівельного пирога
- Розрахунок кроквяної системи
Матеріали для будівництва
Щоб побудувати якісну кроквяну систему, слід пам’ятати, що це інженерна споруда має захищати будівлю від впливу навколишнього середовища довгі роки. Саме тому матеріал для споруди повинен бути максимально міцним і довговічним. Одночасно з цим «скелет» даху повинен володіти відносною легкістю, щоб не збільшувати і без того сильні навантаження.
Оптимальним і найпоширенішим матеріалом для будівництва кроквяної системи є дерево. При належній обробці воно здатне прослужити кілька десятиліть, а при правильному монтажі покрівельного пирога (гідро – і пароізоляція) такий дах може простояти від 70 до 100 років без капітального ремонту.
Переваги дерев’яних крокв:
У порівнянні з залізобетонними або металевими кроквяними системами дерево виграє у всіх відносинах.
Кріплення для кроквяної системи
Для додання стійкості і міцності елементи кроквяної системи стягуються різними кріпленнями болтами, саморізами, цвяхами, хомутами і скобами. Багато фахівців вважають за краще не використовувати цвяхи або застосовують їх у мінімальній кількості, оскільки такий вид з’єднання найменш міцний. При будівництві «скелета» даху дуже важлива надійність і довговічність навіть у найдрібніших деталях, а оскільки деревині властиво з часом всихати, то місця, скріплені цвяхами, починають розхитуватися і потребують ремонту.
Також фахівці-покрівельники не рекомендують використовувати болтові з’єднання, оскільки для них потрібно робити спеціальні отвори. Ці отвори зменшують стійкість і міцність усієї конструкції.
Самим надійним кріпленням для з’єднання стропил між собою є скоби і хомути. Також багато фірм пропонують послуги виготовлення кроквяної скелета в промислових умовах, надаючи замовнику багаторічну гарантію. Як правило, для з’єднання там використовують кріпильні планки, які міцно фіксують крокви і підвищують стійкість всієї конструкції.
Навантаження на покрівлю
Жоден будинок неможливо звести без фундаменту, в іншому випадку він простоїть недовго. Фундамент тримає стіни коробки будинку, розподіляє навантаження і не дозволяє будівлі перекошуватися або провалюватися в землю. Кроквяна система є «фундаментом» для покрівельного пирога, і без неї будівництво даху неприпустимо. В залежності від того, з яких матеріалів буде складатися покрівля (теплоізоляція, гідроізоляція, зовнішнє покриття) залежить міцність «скелета».
Також на міцність впливає і характер конструкції, наприклад, розрахунок кроквяної системи двосхилим даху не підійде у випадку будівництва або чотирисхилим мансардної покрівлі. Тому спершу слід зробити попередній креслення будинку, а вже потім приступати до обчислень.
І якби все залежало від особистих переваг і дизайнерських задумок, було б куди простіше, але на кроквяну систему впливає не тільки вага і форма покрівельного пирога. Існує цілий ряд навантажень, що не залежать від людини.
Умовно всі види навантажень на кроквяну систему можна розділити на три категорії:
Щоб правильно розрахувати кроквяну систему, слід враховувати всі найдрібніші деталі та фактори, що впливають на дах. Тому розглянемо більш детально повний перелік навантажень.
Навантаження снігу дах
Усі навантаження, у тому числі і снігове, розраховуються за спеціальними формулами. Ми наведемо більш просту і «швидку» з існуючих. Відразу слід обмовитися, що сьогодні в інтернеті можна знайти спеціальні онлайн калькулятори або програми для розрахунку будь-яких видів навантаження на покрівлю з урахуванням розташування будинку на карті.
Отже, щоб розрахувати снігове навантаження, скористайтесь формулою: S=µ*Sg
S – дані снігового навантаження, вимірювані в кг/кв. м, які необхідно знайти, µ — це коефіцієнт, який визначається ухилом даху, Sg – снігове навантаження в кг/кв. м, яка характерна для того чи іншого регіону країни, ? (альфа) – величина, що позначає похил даху і виражається в градусах.
Щоб дізнатися приблизний ухил даху, розділіть її висоту (H) на ? прольоту (L). Результати можна подивитися в таблиці нижче.
Якщо похил даху буде становити 30° або менше, то µ буде дорівнювати 1, при ? в 60° або більше µ = 0.
Припустимо, 30°<?<60°, тоді µ = 0,033·(60-?).
Щоб дізнатися снігове навантаження Sg, властиву вибраного регіону, скористайтеся додатком СНиП 2.01.07-85 або погляньте на карту снігового навантаження РФ.
На карті продемонстровані райони від 1 до 8 і навантаження снігу для кожного з них в кг/кв. м (чим вище число, тим ближче до півночі країни знаходиться регіон, отже, сильніше снігове навантаження):
- 1 – 80 кг/кв. м;
- 2 – 120 кг/кв. м;
- 3 – 180 кг/кв. м;
- 4 – 240 кг/кв. м;
- 5 – 320 кг/кв. м;
- 6 – 400 кг/кв. м;
- 7 – 480 кг/кв. м;
- 8 – 560 кг/кв. м.
Розрахуємо максимально допустиме навантаження снігу на дах будинку, який стоїть у селі Молодички в Іванівській області. Висота даху становить 2,5 м, а довжина прольоту – 7 м.
Якщо подивитися на карту, можна обчислити номінальну снігове навантаження, властиву для цього регіону, тобто Sg. Для регіону №4 вона становить 240 кг/кв. м.
Тепер необхідно знайти ? (кут нахилу), поділивши висоту даху на ? прольоту: 2,5/3,5=0,714. Тепер по таблиці нескладно визначити, що ?=36°.
З цього випливає, що 30°<?<60°, тому для обчислення µ скористаємося формулою µ = 0,033*(60-?). Оскільки ?=36°, то розрахунок буде виглядати наступним чином: 0,033*(60-36) = 0,79.
Тепер у нас є всі дані для того, щоб обчислити максимальну снігове навантаження: 240*0,79=189 кг/кв. м.
Навантаження на дах вітру
Якщо ви будуєте круту дах з ухилом більше 30°, то через велику парусність вітер буде сильно тиснути на одну із сторін, і покрівля буде відчувати серйозні навантаження. При пологому схилі до 30° буде задіяна підйомна аеродинамічна сила – вітер буде огинати дах, створюючи турбулентність під звісами, в результаті чого дах буде намагатися злетіти. Саме за таким принципом і працюють літаки.
СНиП 2.01.07-85 пропонує формулу для розрахунку значення середньої вітрового навантаження на рівні над поверхнею землі (Z): Wm=Wo*K*C, де Wm – це вітрове навантаження, Wo – тиск вітру, властивих для того чи іншого регіону країни (нормативне тиск), K – коефіцієнт, який враховує зміни тиску вітру залежно від висоти над рівнем землі.
Подивитися нормативне тиск вітру можна на спеціальній карті нижче або в додатку 5 СНиП 2.01.07-85.
Коефіцієнт змін тиску вітру по висоті (K) занесені в таблицю і залежать не тільки від висоти споруди, але також від характеристик місцевості та ландшафту.
Літерою C згодом буде позначатися коефіцієнт аеродинамічної сили, що залежить від конфігурації будинку і самого даху. Він може змінюватись від -1,8 (дах намагається «злетіти») до +0,8 (вітер сильно тисне на одну і сторін високого даху і намагається її перекинути). Оскільки ми як приклад використовуємо спрощений розрахунок, то буде дорівнює 0,8.
Порада: оскільки сила вітру, яка прагне або перекинути, або вирвати дах, може досягати значної потужності, нижню частину кожної з кроквяних ніг треба як слід прикріпити до стіни або матриці. Робити це можна як завгодно, наприклад, розм’якшеною на вогні сталевий дротом 5-6 мм в діаметрі. Прикрутіть кожну ногу крокв така м’яким дротом до плит перекриття або матриць.
Виходячи з того, яким чином вітер може впливати на дах, напрошується логічний висновок – чим дах важче, тим краще. Важку дах буде складніше перекинути або відірвати від крокв, але збільшення ваги покрівлі повинне спричинити посилення конструкції кроквяної системи.
Для прикладу зробимо розрахунок кроквяної системи мансардного даху, коник якої розташований в 6 м від землі, а кут нахилу становить 36°. Будівля знаходиться в тій же селі Молодички.
Судячи по карті номінальної вітрового навантаження, Wo = 30 кг/кв. м.
Оскільки в селі немає будинків вище 10 м, то К = 1.0
При значенні коефіцієнта аеродинамічного впливу +0,8, обчислюємо середню вітрове навантаження за формулою: Wm = 30*1.0*0.8 = 24 кг/кв. м.
Корисно знати: якщо вітер буде дути в торець нашої даху, то піднімає сила буде впливати на її край з потужністю до 33,6 кг/кв. м.
Вага покрівельного пирога
Цей фактор відноситься до категорії постійних навантажень і залежить не від місця розташування будинку, а від того, які матеріали використовувалися для будівництва даху.
Кожне покрівельне покриття має свій постійний вага:
- шифер важить від 10 до 15 кг/кв. м в залежності від товщини і якості;
- бітумний шифер (ондулін) важить і надає навантаження від 4 до 6 кг/кв. м;
- керамочерепиця – від 35 до 50 кг/кв. м;
- цементна черепиця – від 40 до 50 кг/кв. м;
- бітумна черепиця – від 8 до 12 кг/кв. с;
- профнастил та металочерепиця найлегші – приблизно 4-5 кг/кв. м.
Слід враховувати вагу кожного матеріалу, використовуваного при будівництві пирога, в тому числі і чорнової підлоги, решетування і кроквяну систему. Так, чорновий настил зазвичай важить не більше 20 кг/кв. м, лати – від 8 до 10 кг, а кроквяна система з дерева – 15-20 кг/кв. м.
Щоб розрахувати остаточну навантаження на систему, треба скласти всі вищеперелічені дані.
Корисно знати: більшість продавців покрівельних матеріалів роблять акцент на гранично малій вазі покриття, стверджуючи, що це одне з основних його достоїнств, мовляв, легкість гарантує зручний монтаж, економію при транспортуванні і скорочення витрат пиломатеріалів для кроквяної системи. Насправді справа йде з точністю до навпаки, і легкий покрівельний матеріал може зіграти проти замовника. Щоб спростувати доводи продавців, зробимо розрахунок кроквяної системи вальмового даху, використовуючи різні покрівельні матеріали.
Для початку візьмемо самий важкий матеріал з вищевказаного списку – цементну черепицю. Вона буде покривати наш будиночок в Іванівській області в д. Молодички.
Ми вже знаємо, що снігове навантаження для даного регіону становить 189 кг/кв. м, вітер надає навантаження в 24 кг/ кв. м, сама цементна черепиця весі 50 кг/кв. м, лати – 20 кг, кроквяна система хай буде теж по максимуму – 20 кг. Склавши всі дані, отримуємо загальну навантаження на кроквяну систему 303 кг/кв. м.
Якщо брати самий легкий покрівельний матеріал – металочерепицю, то при її вазі і аналогічних навантаженнях, властивих клімату в селі Молодички, навантаження на крокви буде становити 258 кг/кв. м.
Відмінності в розрахункових навантаженнях становлять лише 15%, тому ні про який істотної економії пиломатеріалів не може бути й мови. До того ж, у главі про вітрової навантаженні ми з’ясували, що чим важче буде дах, тим складніше вітру буде порушити її цілісність.
Тепер, коли ми розібралися з тим, як розрахувати сумарну навантаження на 1 кв. м даху, можна приступати до розрахунку самої кроквяної системи.
Розрахунок кроквяної системи
Оскільки кроквяна система являє собою «скелет», що складається з окремих елементів, то для визначення загального навантаження на нього, необхідно з’ясувати, яку навантаження відчуває кожен з елементів – кроквяних ніг.
Для цього слід знайти розподілене навантаження на 1 погонний метр кожного крокви за формулою: Qr=A*Q, де Qr є розподіленим навантаженням на погонний метр кожного елемента (вимірюється в кг/кв. м), Q – це сумарна навантаження на 1 кв. м даху, A – відстань у метрах між кроквами (крок крокв).
Далі слід знайти максимально довгий робочий ділянку на кроквяної нозі (показано на малюнку):
Щоб правильно вибрати матеріал для виготовлення кроквяної системи, скористайтеся таблицею розмірів матеріалів:
Для розрахунку перерізу крокви довільно задайте його ширину згідно з номінальними розмірами, а висоту знайдіть за однією з таких формул:
- H ? 8,6*Lmax*sqrt(Qr/(B*Rизг)), при ухилі даху становить 30° або менше;
- H ? 9,5·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), при ухилі даху становить 30° або більше.
Тут Н є висотою перерізу і вимірюється в см, Lmax – максимально довгим робочим ділянкою крокви (вимірюється в м), Qr – навантаження на 1 погонний м крокви (вимірюється в кг/м), – це ширина перерізу, sqrt – кв. корінь, а Rизг – це опір дерева на вигин (вимірюється в кг/кв. см). При цьому у кожної породи деревини свій Rизг. Оскільки для будівництва крокв найчастіше використовують сосну, то її Rизг становить 140 кг/кв. см (1 сорт), 130 кг/кв. см (2 сорт) і 85 кг/кв. см (3 сорт).
Номинируемый прогин деревини під навантаженням всій даху не може бути вище, ніж величина L/200 (L – довжина робочого сегмента в см). Перевіримо, чи відповідає нормі ступінь прогину, довівши вірність нерівності:
3,125*Qr*(Lmax)3/(B*H3) ? 1
Нагадаємо, що В і Н – ширина і висота перерізу відповідно (вимірюються в см). Якщо нерівність не дотримано, слід збільшити ці два показника.
Для прикладу зробимо розрахунок кроквяної системи в будинку, розташованому в Іванівській області з похилом даху в 36° (?), кроком крокв 0,8 м (А), максимально довгим робочим сегментом 2,8 м (Lmax). Оскільки ми використовували сосну 1 сорту, то Rизг буде становити 140 кг/кв. див. В якості покрівельного покриття ми взяли важку і надійну цементну черепицю з навантаженням 50 кг/кв. м.
Ми вже знаємо сумарну навантаження на 1 кв. м такого даху – вона дорівнює 303 кг/кв. м (Q). Тепер можна знайти розподілене навантаження на 1 погонний м кожного елемента системи: Qr=A*Q;
Qr=0,8*303=242 кг/м.
Припустимо, ширина дошки для кроквяної ноги становить 5 см, відповідно і ширина перерізу для розрахунку буде дорівнює 5 див. Оскільки ухил даху перевищує 30°, вибираємо формулу H ? 9,5*Lmax*sqrt(Qr/B*Rизг), підставляємо значення й одержуємо H ? 9,5*2,8*sqrt(242/5*140).
H ?15,6 див.
Скориставшись таблицею вище, підбираємо дошку з найбільш відповідним розтином – її висота складе 17,5 см, а ширина – 5 див.
Тепер залишилося перевірити, чи відповідає величина прогину нормі. Підставляємо значення в нерівність 3,125·Qr*(Lmax)3/B*H3 ? 1 і отримуємо 3,125*242*(2,8)3 / 5*(17,5)3= 0,61. Оскільки 0,61 менше, ніж 1, означає перетин крокв ми вибрали правильно.
Підіб’ємо підсумок: в нашому будиночку слід встановлювати крокви шириною 5 см, висотою 17,5 см через кожні 0,8 м.
Як ви вже встигли переконатися, для грамотного виконання розрахунку необхідно оперувати багатьма величинами і в точності знати вагу матеріалів, різні навантаження, кліматичні умови і т. д. Якщо ви не впевнені в своїх силах, краще залучити фахівця, оскільки економити на такому важливому питанні не варто. Особливо якщо мова йде про складних конструкціях — розрахунок кроквяної системи чотирисхилого даху новачкові зробити правильно буде надзвичайно складно. На щастя, сьогодні можна скористатися вбудованими програмами, які дозволяють безпомилково обчислити необхідні дані. Наприклад, програмою Аркон користуються багато професійні покрівельники для прискорення процесу роботи та уникнення помилок.
Наостанок пропонуємо вам ознайомитися з навчальним відео матеріалом з монтажу кроквяної системи:
