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 факторів, починаючи від ваги самого 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.

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:

1. Простота у виготовленні.
2. Легкий монтаж.
3. Можливість здійснення підгонки крокв на місці монтажу.
4. Невисока вартість.

У порівнянні з залізобетонними або металевими кроквяними системами дерево виграє в усіх відношеннях.

Кріплення для кроквяної системи

Для додання стійкості і міцності елементи кроквяної системи стягуються різними кріпленнями - болтами, шурупами, 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 всієї конструкції.

Найнадійнішим кріпленням для з'єднання крокв 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 дуже 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. Залежно 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 в разі будівництва четирехскатной або 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:

1. Постійні - до постійних навантажень відноситься вага даху, перекриттів, обрешітки і всіх складових пирога. Також якщо на даху буде встановлено якесь обладнання, або ви плануєте зробити експлуатований плоску покрівлю, зелену покрівлю, це слід враховувати.
2. Тимчасові - до цих навантажень можна віднести вагу снігу, що випадає взимку, осіннього листя, дощової води і т.д. Дана категорія безпосередньо залежить від кліматичної зони. Так, якщо ви будуєте будинок на півдні, де практично не буває снігу, то навантаження буде менше, ніж якби ви зводили будинок на півночі країни, де взимку на даху може накопичуватися сніговий шар товщиною в півметра.
3. Специфічні - під дану категорію потрапляють будинки, побудовані в сейсмічно небезпечних регіонах, зонах регулярного виникнення ураганних вітрів, смерчів і т.д. Кроквяна система в цих випадках повинна володіти додатковим запасом міцності.

Щоб правильно розрахувати кроквяну систему, слід враховувати всі найдрібніші деталі і фактори, що впливають на дах. Тому розглянемо більш докладно повний перелік навантажень.

Навантаження снігу на дах

Всі навантаження, в тому числі і снігова, 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, скористайтеся формулою: S \u003d 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, α (альфа) - величина, що позначає ухил даху і виражається в градусах.

Щоб дізнатися приблизний ухил даху, розділіть її висоту (H) на ½ прольоту (L). Результати можна подивитися в таблиці нижче.

Якщо ухил даху становитиме 30 ° або менше, то μ буде дорівнювати 1, при α в 60 ° або більше μ \u003d 0.

Припустимо, 30 ° \u003cα \u003c60 °, тоді μ \u003d 0,033 · (60-α).

Щоб дізнатися снігове навантаження Sg, властиву вибраного регіону, скористайтеся додатком СНіП 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 в селі Бабенки 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 α (кут ухилу), розділивши висоту даху на ½ прольоту: 2,5 / 3,5 \u003d 0,714. Тепер по таблиці нескладно визначити, що α \u003d 36 °.

З цього випливає, що 30 ° \u003cα \u003c60 °, тому для обчислення μ скористаємося формулою μ \u003d 0,033 * (60-α). Оскільки α \u003d 36 °, то розрахунок буде виглядати наступним чином: 0,033 * (60-36) \u003d 0,79.

Тепер у нас є всі дані для того, щоб обчислити максимальну снігове навантаження: 240 * 0,79 \u003d 189 кг / кв. м.

Навантаження вітру на дах

Якщо ви будуєте круту дах з ухилом більше 30 °, то через велику парусність вітер буде сильно тиснути на одну зі сторін, і покрівля буде відчувати серйозні навантаження. При пологом схилі до 30 ° буде задіяна підйомна аеродинамічна сила - вітер буде огинати дах, створюючи турбулентність під свесами, 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 \u003d Wo * K * C, де Wm - це вітрове навантаження, Wo - тиск вітру, властиве для того чи іншого регіону країни (нормативний тиск), K - коефіцієнт, який враховує зміни тиску вітру залежно від висоти над рівнем землі.

Подивитися нормативний 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 і ландшафту.

Буквою C згодом буде позначатися коефіцієнт аеродинамічної сили, що залежить від конфігурації будинку і самого даху. Він може варіюватися 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 С дорівнюватиме 0,8.

Корисна 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'якшеної на вогні сталевим дротом 5-6 мм в діаметрі. Прикрутите кожну ногу крокв такий 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 має спричинити посилення конструкції кроквяної системи.

Для прикладу зробимо розрахунок кроквяної системи мансардного даху, коник якої розташований в 6 м від землі, а кут ухилу становить 36 °. Споруда знаходиться все в тому ж селі Бабенки.

Судячи по карті номінальної вітрового навантаження, Wo \u003d 30 кг / кв. м.

Оскільки в селі немає будівель вище 10 м, то К \u003d 1.0

При значенні коефіцієнта аеродинамічного впливу +0,8, обчислюємо середню вітрове навантаження за формулою: Wm \u003d 30 * 1.0 * 0.8 \u003d 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 дахове 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;
• керамочерепіца - 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, що використовується при будівництві пирога, в тому числі і чорновий настил, обрешітку і кроквяну систему. Так, чорновий настил зазвичай важить максимум 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 перераховані вище дані.

Корисно знати: більшість продавців покрівельних матеріалів роблять акцент на гранично малій вазі покриття, стверджуючи, що це одне з основних його переваг, мовляв, легкість гарантує зручний монтаж, економію при транспортуванні і скорочення витрат пиломатеріалів для кроквяної системи. Насправді справа йде з точністю навпаки, і легкий покрівельний матеріал може зіграти проти замовника. Щоб спростувати доводи продавців, зробимо розрахунок кроквяної системи вальмовой даху, використовуючи різні покрівельні матеріали.

Для початку візьмемо найважчий матеріал з вищевказаного списку - цементну черепицю. Вона буде покривати наш будиночок в Іванівській області в д. Бабенки.

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 села 50 кг / кв. м, лати - 20 кг, кроквяна система нехай буде теж по максимуму - 20 кг. Склавши всі дані, отримуємо загальне навантаження на кроквяну систему 303 кг / кв. м.

Якщо брати найлегший покрівельний матеріал - металочерепицю, то при її вазі і аналогічних навантаженнях, властивих клімату в селі Бабенки, навантаження на крокви становитиме 258 кг / кв. м.

Відмінності в розрахункових навантаженнях складають всього лише 15%, тому ні про яку істотної економії пиломатеріалів не може бути й мови. До того ж, в розділі про вітрового навантаження ми з'ясували, що чим важче буде дах, тим складніше вітрі буде порушити її цілісність.

Тепер, коли ми розібралися з тим, як розрахувати сумарне 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, яке навантаження відчуває кожен з елементів - крокв.

Для цього слід знайти розподілене навантаження на 1 погонний метр кожної крокви по формулі: Qr \u003d A * Q, де Qr є розподіленим навантаженням на погонний метр кожного елемента (вимірюється в кг / кв. М), Q - це сумарне навантаження на 1 кв. м даху, A - відстань в метрах між кроквами (крок крокв).

Далі слід знайти максимально довгий робочий ділянку на крокви (показано на малюнку):

Щоб правильно вибрати матеріал для виготовлення кроквяної системи, скористайтеся таблицею розмірів матеріалів:

Для розрахунку перетину крокви довільно задайте його ширину відповідно до номінальних розмірами, а висоту знайдіть по одній із зазначених нижче формул:

• H ≥ 8,6 * Lmax * sqrt (Qr / (B * Rізг)), при ухилі даху становить 30 ° або менше;
• H ≥ 9,5 · Lmax · sqrt (Qr / (B · Rізг)), при ухилі даху становить 30 ° або більше.

Тут Н є висотою перетину і вимірюється в см, Lmax - максимально довгим робочим ділянкою крокви (вимірюється в м), Qr - навантаження на 1 погонний метр крокви (вимірюється в кг / м), В - це ширина перетину, sqrt - кв. корінь, а Rізг - це опір дерева на вигин (вимірюється в кг / кв. см). При цьому у кожної породи деревини свій Rізг. Оскільки для будівництва крокв найчастіше використовують сосну, то її Rізг становить 140 кг / кв. см (1 сорт), 130 кг / кв. см (2 сорт) і 85 кг / кв. см (3 сорт).

Номінується прогин деревини під навантаженням всього даху не може бути вище, ніж величина L / 200 (L - довжина робочого сегмента в см). Перевіримо, чи відповідає нормі рівень 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 показники.

Для прикладу зробимо розрахунок кроквяної системи в будинку, розташованому в Іванівській області з ухилом даху в 36 ° (α), кроком крокв 0,8м (А), максимально довгим робочим сегментом 2,8 м (Lmax). Оскільки ми використовували сосну 1 сорту, то Rізг становитиме 140 кг / кв. см. У якості покрівельного покриття ми взяли важку і надійну цементну черепицю з навантаженням 50 кг / кв. м.

Ми вже знаємо сумарне навантаження на 1 кв. м такого даху - вона дорівнює 303 кг / кв. м (Q). Тепер можна знайти розподілене навантаження на 1 погонний метр кожного елемента системи: Qr \u003d A * Q;

Qr \u003d 0,8 * 303 \u003d 242 кг / м.

Припустимо, ширина дошки для кроквяної ноги становить 5 см, відповідно і ширина перетину для розрахунку буде дорівнює 5 см. Оскільки ухил даху перевищує 30 °, вибираємо формулу H ≥ 9,5 * Lmax * sqrt (Qr / B * Rізг), підставляємо значення і отримуємо H ≥ 9,5 * 2,8 * sqrt (242/5 * 140).

H ≥15,6 см.

Скориставшись таблицею вище, підбираємо дошку з найбільш підходящим перетином - її висота складе 17,5 см, а ширина - 5 см.

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 \u003d 0,61. Оскільки 0,61 менше, ніж 1, значить 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 виконання грамотного розрахунку необхідно оперувати багатьма величинами і в точності знати вага 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 складні конструкціях - розрахунок кроквяної системи четирехскатной даху новачкові зробити правильно буде надзвичайно складно. На щастя, сьогодні можна скористатися автоматичними програмами, які дозволяють безпомилково обчислити необхідні дані. Наприклад, програмою Аркон користуються багато професійних покрівельники для прискорення процесу роботи і уникнення помилок.

Наостанок пропонуємо вам ознайомитися з навчальним відео матеріалом з монтажу кроквяної системи: