Расчет стропил на двух опорах
Калькулятор предназначен для расчета размеров обычных стропил опертых одним концом на мауэрлат, а другим на коньковую балку. В процессе расчета калькулятор может показывать предупреждения касающиеся длины используемых досок и глубины запилов для опоры на мауэрлат и коньковую балку. Предусмотрено два варианта расчета. Для домов каркасного типа с обшивкой стен и для каменных домов. Размер δ учитывает толщину обшивки каркасного дома или кривизну мауэрлатного бруса. Можно принять δ равным нулю. Обратите внимание, величина пролета наслонных стропил равна расстоянию между опорами, то есть между мауэрлатом и коньковым брусом.
Сечение доски для изготовления стропила подбирается по нагрузке, действующей на это стропило. Используются две расчетные схемы: в первой стропило рассматривается как безконсольная балка, опертая на две опоры, во второй — как балка с консолью. По первой схеме устанавливается стропило с кобылкой. К стропильной доске, опертой на коньковый прогон и мауэрлат пришивается еще одна доска, называемая кобылкой, формирующая карнизный свес. По второй схеме карнизный свес и стропильная нога это одна доска.
Расчет сечения стропила по этим двум схемам различается. В случае, когда стропило и карнизный свес представляют собой одно целое, консоль балки работает как разгружающий элемент. Представьте себе качели, сделанные из доски с бревном посредине в качестве опоры. Садясь на одну сторону доски, приподнимается другая сторона. Стропило с консолью это и есть качели. Давление от веса кровли и снега на консоль пытается приподнять другую сторону стропильной ноги, но не может сделать этого по причине того, что вторая страна тоже нагружена.
В результате вычислений размеров по первой схеме сечение доски, для изготовления стопила, получается больше, чем по второй. В первой схеме нет консоли и, следовательно, нет ее разгружающего действия. Иными словами, если стропило рассчитывать, как балку на двух опорах, а консолью пренебречь и не учитывать ее, то стропило получится с запасом прочности. Многие так и поступают, заведомо выбирая сечение досок для изготовления стропил с увеличенными размерами, а для стропил с кобылками это и есть правильная расчетная схема.
Кобылки делаются длиной не более метра из доски 100×40 мм. Эти размеры рекомендуются типовыми сериями конструкций крыш. Второй конец кобылок делается той же длины или больше и прибивается к стропильной ноге не менее чем пятью гвоздями. Кобылка, это тоже своего рода качели с опорой на мауэрлате. Равные плечи кобылки выравнивают нагрузку на нее. При расчете геометрии стропил калькулятор предупредит, если размер стропила после обрезки для опирания на мауэрлат окажется недостаточным для установки кобылки. Глубина выреза безконсольного стропила должна быть не больше ширины кобылки.
У стропила с карнизным свесом сделанным выпуском консоли максимальное напряжение при равномерно распределенной нагрузке находится над мауэрлатом. Нагрузка от веса снега и крыши давит на консоль и на стропило сверху, а снизу неподатливая опора — мауэрлат. Это все равно, что палку ломать через колено — сломается на колене (на опоре). Высота сечения стропила над опорой величина расчетная! Выполняя расчет на калькуляторе нужно следить, чтобы вырез в стропилине для опоры на мауэрлат не разрезал стропило глубже, чем нужно. Калькулятор считает геометрию исходя из заданных вами параметров, изменяйте их и добивайтесь нужных размеров.
При исследовании работы балки с консолью, рассчитанной сразу по двум вариантам, как обычная и как консольная, прослеживается одна любопытная закономерность. В результате таких расчетов получаются максимальные сечения стропила в центре пролета и на опоре. Если сравнивать эти сечения на разных длинах пролета балки с неизменной длиной консоли, то получается, что стропило, длина которого между опорами превышает длину консоли в 5 раз можно разрезать на опоре на 60% глубины. При превышении в 4 раза на 50% глубины. При превышении в 3 раза на 33%. При превышении в 2 раза резать стропило нельзя. Все эти цифры справедливы при действии на балку равномерно распределенной нагрузки по всей длине, а сечение балки подобрано по максимальному моменту в центре пролета без учета разгружающего действия консоли. Наверное, путано? Немного по-другому. Взяли консольную балку, отбросили консоль и рассчитали ее сечение по максимальному моменту в центре пролета. Затем отдельно рассчитали сечение консоли тоже по максимальному моменту на опоре. Потом сравнили эти сечения для разных расстояний между опорами, консоль не трогали. В результате получили, на какую глубину можно резать балку на опоре, чтобы сечение оставалось достаточным для сопротивления максимальному моменту, возникающему на опоре.
Однако на стропило действует не только равномерно распределенная нагрузка необходимо еще учитывать вес человека, работающего на крыше. От введения сосредоточенной силы, имеющей конкретное значение, красивая закономерность зависимости размера сечения от пролета, ломается. Поэтому был произведен расчет с учетом двух одновременно действующих на стропило нагрузок: равномерно распределенной и сосредоточенной силы. Причем сосредоточенная сила была принята весом в 100 кг и приложена в центр пролета и на конец консоли. Данные расчета можно посмотреть на гугл-диске. Расчет производился с единственной целью, как-то систематизировать и обобщить допустимую глубину опорного выреза на мауэрлате.
В результате всех этих манипуляций в калькулятор введены предупреждения, показывающие на какую глубину можно делать запил доски для устройства опирания на мауэрлат стропильной ноги с консольным свесом при различной величине пролета. При условии, что высота доски для изготовления стропила подобрана по расчету обычной балки. Если глубина запила окажется больше минимально допустимой для доски такой длины и высоты калькулятор выдаст предупреждение.
Нелишним будет еще раз напомнить — глубина опорного выреза консольного стропила величина расчетная! Следите за этой цифрой. Калькулятор считает геометрию, а не напряжения. Начальный размер сечения доски, применяемой для изготовления стропила вы должны получить расчетом по несущей способности и прогибу, а уже потом покрутить ее в калькуляторе и получить рабочие размеры стропила.