Чтобы построенное здание прослужило не один год, ему необходим как надёжный фундамент, так и крепкая система кровли, противостоящая превратностям погоды. Крыша должна с достоинством выдерживать большие нагрузки: сильные снегопады, резкие порывы ветра, обильные ливни. Лучше всего для этого подходит стропильная система крыши.
Стропильные фермы крыши и её виды
Стропильная система - основа крыши, которая делает упор на несущие элементы строения и служит также каркасом для различных видов материалов для кровли: утеплителей, гидроизоляции, разнообразных покрытий.
Габариты и конструкция стропил зависят от:
- приобретённого материала;
- размеров строения;
- габаритов дома;
- стройматериала для стропил;
- индивидуальных предпочтений заказчика;
- актуальных для определённого региона нагрузок на крышу.
Стропильная система имеет:
- обрешётку - брусья, в перпендикулярном направлении укладывающиеся на стропильные ноги;
- стяжки, воспринимающие растягивающие усилия;
- стойки из дерева, расположенные в вертикальном положении;
- мауэрлат - брус, монтаж которого осуществляют вдоль стены, на него делают упор стропила;
- стропильные ноги - это своего рода балки из дерева, принимающие на себя основную нагрузку крыши.
Каждый из приведённых факторов очень важен, поскольку необходимо понимать, какой тип стропильной системы будет оптимально подходить для той или другой определённой ситуации.
Когда речь заходит о малоэтажных домах, то самую большую распространённость получают конструкции из дерева. Во многих случаях применяют три вида стропильных ферм: висячие стропила, наслонные стропила и смешанную систему стропил.
Характеристика висячих стропил
Висячие стропила - это наиболее элементарный вид стропильных систем, их характеристики:
Если крыша дома сложной конструкции, виды стропил можно чередовать. Например, при наличии опор или средней основной стены делают монтаж наслонных стропил, а при отсутствии таковых элементов - висячие стропила.
Особенности наслонных стропил
Для наслонной системы стропил дом должен быть дополнительно оборудован несущей стеной, расположенной посередине. Различают наслонные стропила по таким признакам:
Конструкция комбинированной системы наиболее сложная, поскольку включает в себя части двух других видов стропил - висячего и наслонного. Применяется она для мансардной кровли. Стены комнат, которые находятся на втором этаже, образуют вертикальными опорами, эти опоры являются и промежуточными стойками для стропильных балок.
Часть стропил, которые соединяют один конец стоек, функционирует как ригель для скатов, расположенных сбоку, причём для верхней части конструкции они являются затяжкой.
Одновременно горизонтальные брусья выполняют такие функции: для верхних скатов - мауэрлат, для боковых - коньковый брус. Чтобы увеличить прочность кровли, монтируют подкосы, которые соединяют боковые скаты и вертикальные стойки.
Комбинированная система строп в изготовлении самая сложная и трудоёмкая, но эти недостатки вполне компенсируются увеличением несущих качеств кровли в отсутствии лишних опор, особенно, когда есть необходимость перекрывать значительные пролёты в здании.
Увеличить несущие качества кровли можно с помощью смешанной стропильной системы Стропильные фермы для различных типов крыши
При строительстве определённого здания обязательно используются стропильные системы того или иного вида, причём тип крыши будет полностью зависеть от проекта будущего строения.
Стропильная ферма для двускатной кровли
Двускатная кровля - это обычное строительство крыши для жилых строений, которые имеют не более трёх этажей. Предпочтение отдаётся именно такой конструкции из-за технических характеристик наклонной формы стропильной системы, а также благодаря тому, что монтажные работы проводятся легко и просто.
В состав стропильной системы двускатной кровли входят две прямоугольные наклонные плоскости. Верхняя часть здания с торцовой стороны напоминает треугольник. Главные составляющие двускатной крыши - это мауэрлат и стропильные ноги. Чтобы правильно распределить нагрузку по стропилам и стенам, монтируют подкосы, ригели и стойки, благодаря которым можно создать долговечную, жёсткую, элементарную и лёгкую схему установки конструкции для двускатной кровли.
Двускатная кровля считается наиболее простой системой для крыши, используют ее для жилых строений не более трёх этажей Поверх стропил можно монтировать разреженную обрешётку или сплошную, а далее прикрепить на неё битумное покрытие, черепицу или какой-либо другой вид материала. Стропила и сама обрешётка обычно изготавливаются из брусьев или досок, которых скрепляют гвоздями, болтами или соединительными деталями из металла. Металлические профили можно применить в качестве стропил, благодаря чему перекрываются значительные пролёты. При этом не нужно использовать лишние стойки и подкосы.
Устройство стропильной системы для двускатной кровли позволяет равномерно распределить всю существующую нагрузку по периметру здания. Нижние концы системы делают упор на мауэрлат. Фиксируются они крепежами или скобами из металла. По углу наклона брусков для стропил можно определить, под каким углом будут наклонены скаты кровли.
Стропильная система для двускатной кровли позволяет равномерно распределить нагрузку от крыши по периметру здания Стропильная система для вальмовой кровли
При обустройстве системы для вальмовой кровли потребуется установка разных типов стропил:
- нарожники (укорочённые);
- боковые;
- вальмовые основные;
- накосные (диагональные элементы, которые формируют скат в форме треугольника).
Стропильные ноги, расположенные сбоку, делаются из доски, а монтируются они идентично деталям традиционной скатной крыши с наслонной или висячей конструкцией. Вальмовые основные стропила - это наслонные части. Для нарожников используются доски или бруски, крепящиеся не только к мауэрлату, но и к диагональным балкам.
Для установки такого вида конструкции точно рассчитывается угол наклона, а также сечение накосных балок. От длины пролёта зависят и размеры деталей.
Чтобы вальмовая кровля не деформировалась от сильной нагрузки, следует точно рассчитать угол наклона диагональных балок для стропил Соблюдайте симметричность при установке диагональных балок для стропил, иначе кровля деформируется от значительной нагрузки .
Стропильная система для ломаной крыши
Ломаная кровля - это конструкция со стропилами, которые состоят из нескольких отдельных элементов. При этом они должны располагаться под различными углами относительно горизонту. А так как нижняя стропильная часть находится практически вертикально, мансардное помещение здания получает дополнительную площадь, благодаря чему его можно использовать как жилое. Устройство такого вида крыши выполняется при строительстве четырёх- или двускатной конструкции стропил.
Рассчитывать четырёхскатную систему стропил нужно профессионалам, а вот двускатную ломаную кровлю можно сделать и самостоятельно, поскольку её монтаж очень прост. Для этого необходимо установить опорный каркас, который должен состоять из прогонов, а также стоек. Горизонтальные детали закрепляются с висячими стропилами. А вот к мауэрлату закрепляются опоры ломаной крыши укорочёнными ногами стропил.
Сборку стропил для ломаной двускатной кровли под силу выполнить и непрофессионалам, поскольку монтаж такой кровли очень прост «Кукушка» в стропильной ферме
Так называемая кукушка на кровле - это небольшой выступ, который находится на мансардном этаже. Здесь расположено окно для лучшего освещения мансардной комнаты. Монтаж «кукушки» проводят тщательно, при этом контролируют параметры всей конструкции: глубину вреза, угол наклона и другие факторы. Однако перед этим производят необходимые замеры.
Первый этап работ начинается с монтажа мауэрлата (брус с сечением 10х10 см, который нужен для опоры строп). Стропильная система выступает в качестве скелета для кровельного материала. Для придания конструкции жёсткости применяют распорки, которые монтируют между двумя ногами стропил.
После завершения установки стропильной фермы укладывают обрешётку, вид которой зависит от купленного покрытия для крыши. Монтаж обрешётки делается сплошным или с определённым шагом. Для неё обычно применяют доски, ОСБ и фанерные листы. Кроме того, установка кровельного материала должна быть идентичной по всей кровле.
Основная сложность при установке подобной системы стропил - это расположение внутренних углов. В данных местах может скапливаться снег, а значит, возрастёт нагрузка, из-за чего изготавливают сплошную обрешётку.
«Кукушкой» на крыше называют небольшой выступ на мансардном этаже, под которым расположено дополнительное окно Ферма стропил крыши-шале
Особенность устройства такой конструкции заключается в выносе козырьков, а также свесов за пределы дома. Кроме того, должны быть стропила и балки для кровли, выпускающиеся до трёх метров по сторонам здания. Каждый из этих элементов закрепляется кронштейном к стене строения в нижней части. Далее обвязывают края балок. Они служат как опора для покрытия кровли строения.
Но создавая большие свесы, необходимо производить монтаж армированного пояса параллельно с установкой шпилек для мауэрлата. Необходимо изготовить анкеры, способствующие закреплению консолей. В этом случае стропила превосходно зафиксируются анкерами и, кроме того, врезками.
Чтобы вынести боковые карнизы, делается коньковый брус, после чего на уровне мауэрлата выносятся балки, которые должны быть идентичными длине конька. На данные детали конструкции опирается ферма, а в дальнейшем - стройматериал для кровли.
При проектировании строения угол кровли-шале рассчитывают исходя из характеристик местного климата и прочих факторов. При угле ската около 45 о не берётся во внимание нагрузка от снега, поскольку при данном варианте он не задержится на крыше. При этом пологая кровля выдержит нагрузку от снега, однако надо делать монтаж усиленной стропильной фермы. Перед установкой кровли-шале подготавливается проект здания, ведь неординарность самой кровли, а также длинные карнизы и её свесы к этому обязывают.
Для крыши в стиле шале характерны козырьки, вынесенные на несколько метров за пределы дома Стропильная ферма, предназначенная под мягкую кровлю
Мягкая кровля делается различными способами, однако существуют в технологических методах её постройки общие характеристики. Изначально надо провести подготовку. Обустраивая кровлю для дома из пенобетона или другого материала, сначала устанавливают мауэрлат, затем в верхних венцах здания производят врубку под балки потолка с шагом до одного метра. Рассчитывается расстояние между досками исходя из вида стропильной конструкции.
- Монтируют отдельные части системы стропил. Чтобы полностью исключить риск, доски стропильных ног на земле прикрепляют шурупами. После создания стропильной фермы её поднимают на верх здания.
- Закрепляют все элементы стропил с перекрытием потолка, внутренними досками, укосинами, а также ригелями. Далее эта основа для кровли станет единой целой конструкцией.
- Следующий этап - обрешётка, которая под мягкую кровлю устанавливается с небольшими зазорами или вообще без таковых. Допускаются просветы не более 1 см. Довольно часто поверх досок производят монтаж выравнивающей фанеры. Её листы стелют по методу кирпичной кладки. Получившиеся стыки не совмещают с промежутками между фанерой и доской.
Если длины досок обрешёток не хватает, то стыки деталей необходимо располагать в различных местах. Таким способом можно правильно распределить участки, которые были ослаблены.
Самостоятельное изготовление стропильной системы
Перед тем как будет начат монтаж стропильной системы, к продольным стенам надо анкерами закрепить мауэрлат. Дальше нужно определиться с нужным сечением ног для стропил, зависящих от расстояния и их длины. Если есть необходимость в увеличении длины стропил, то соедините их различными крепёжными элементами.
При использовании различного утеплителя нужно выбрать идеальное расстояние между элементами стропил для того, чтобы уменьшить количество обрезков теплоизоляции .
Монтаж стропильной системы надо производить в таком порядке:
- Делается шаблон, по которому собирается ферма. Берутся 2 доски, соответствующие длине стропил, и соединяются между собой с одного только края гвоздём.
Шаблон для стропил под названием «ножницы» поможет быстро собрать всю стропильную систему кровли - Получится конструкция под названием «ножницы». Её свободные края кладут на опоры в местах соприкосновения стропильных ног. В итоге должен получиться финальный угол, то есть угол, под которым будет наклонен скат кровли. Его фиксируют несколькими длинными гвоздями и поперечными досками.
- Делается второй шаблон, благодаря которому выполняется установка запилов на стропилах. Изготавливается он из фанеры.
- На стропилах вырезают специальные монтажные запилы (используется для этих целей приготовленный шаблон) и соединяют их под углом наклона ската. Должен получиться треугольник, поднимающийся на кровлю по лестнице. Далее его надо прикрепить к мауэрлату.
- Монтируются изначально два боковых фронтонных стропила. Правильный их монтаж в вертикальной и горизонтальной плоскости происходит за счёт временных подкосов, прикрепляющихся к стропилам.
Для правильного монтажа всей стропильной системы устанавливается первая пара стропил на крыше - Протягивается шнур между этими вершинами стропил. Он обозначит будущий конёк и уровень других стропил, располагающихся в промежутке.
- Поднимают и монтируют остальные стропила на изначально высчитанном расстоянии, которое должно составлять минимум 60 см друг от друга.
- Если предусматривается громоздкая конструкция стропил, то её дополнительно укрепляют подкосами, подпорами и так далее.
Громоздкую конструкцию стропил дополнительно укрепляют подкосами и подпорами - На специальных опорах устанавливают коньковый брус, к которому крепятся не только короткие, но и диагональные, и промежуточные элементы стропил.
Правильное крепление конькового бруса обеспечивает надежность всей системы стропил
Типовые узлы стандартной стропильной системы
Прочность конструкции стропил зависит от идеально подобранного сечения досок, а также от высокого качества стропильных узлов. Соединение деталей для конструкции крыши делается согласно установленным правилам.
Главные типовые узлы в стропильной системе:
- опорный узел стропил на мауэрлате;
- коньковый;
- узел совмещения верхних затяжек и всей стропильной системы;
- закрепление подкоса, стойки, а также стропил и балки.
После того как была выбрана конструкция стропильной системы, надо составить план, в котором выделить все узлы. В каждой конструкции они изготавливаются по-разному, поскольку это зависит от разных нюансов: вида кровли, её размера, угла наклона.
Стропила из профильной трубы - это металлоконструкция, которая собирается с использованием решетчатых стержней. Само производство таких ферм является процессом весьма трудоёмким, однако и более экономичным. Для изготовления стропил применяют парный материал, а косынки являются соединяющими элементами. Конструкция стропил из профильных труб собирается на земле, при этом применяются клёпки или сварка.
Благодаря таким системам, перекрываются любые пролёты, но надо произвести правильный расчёт. При условии, что все работы по сварке будут сделаны качественно, в дальнейшем остаётся только перенести элементы конструкции на верх здания и собрать их. Несущие стропила из профильной трубы имеют множество достоинств, таких как:
Ригель в стропильной системе
Ригель - это достаточно широкое понятие, однако в случае с крышами он имеет определённое значение. Ригель представляет собой горизонтальный брус, который связывает стропила. Такой элемент не даёт крыше «распираться». Изготавливается он из дерева, железобетона, а также металла - всё зависит от вида сооружения. А служит ригель для распределения нагрузки, которую оказывает стропильная система.
Закрепляться он может в разнообразных местах между ногами строп. Здесь существует прямая закономерность - если ригель закрепить выше, то брус для его монтажа необходимо подбирать с большим сечением.
Способов фиксации ригеля к стропильной системе множество:
- болтами;
- гайками;
- шпильками с шайбами;
- специальным крепежом;
- гвоздями;
- смешанными креплениями, когда применяются параллельно разные виды крепежа.
Крепление существует с врезкой или накладное. В целом ригель - это расчётный узел, как, впрочем, и вся система строп крыши.
Ригель в стропильной системе предназначен для усиления конструкции кровли Крепление стропильной системы
Для обеспечения надёжности системы стропил надо изначально выяснить, каким образом они скрепляются с опорной кровлей и коньком. Если делается крепление для предотвращения деформации кровли при усадке дома, то сверху стропила закрепляются шарнирной пластиной либо гайкой с болтом, а снизу - скользящей опорой.
Висячие стропила нуждаются в более плотном и надёжном креплении в коньке, поэтому в данном случае можно применить:
- накладные металлические или деревянные пластины;
- метод врубки;
- соединение с помощью длинных гвоздей.
В наслонной системе не соединяются между собой стропильные ноги, так как прикрепляются они к коньковому прогону.
Крепление стропил к мауэрлату происходит методом вырубки, которую делают в стропильной ноге. Благодаря этому способу крепления не ослабится опора кровли. Вырубка также делается при установке стропил на балки перекрытия. В данном случае врез делается и в опорной балке.
Видео: как сделать стропила своими руками
Таким образом, идеально подобранная система стропил и их конструктивные характеристики помогут создать основу для надёжной кровли для вашего дома.
В основе каждой крыши лежит большое количество балок, стропил, стоек и прогонов, которые все вместе называются стропильной системой. За многовековую историю видов и способов ее организации накопилось немало, и каждая имеет свои особенности в построении узлов и врубок. Подробнее о том, какой может быть стропильная система двухскатной крыши и как при этом должны крепиться стропила и другие элементы системы поговорим подробнее.
Конструкция стропильной системы двускатной крыши
В разрезе двухскатная крыша представляет из себя треугольник. Состоит она из двух прямоугольных наклонных плоскостей. Две эти плоскости соединяются в высшей точке в единую систему коньковым брусом (прогоном).
Теперь о составляющих системы и их назначении:
- Мауэрлат — брус, который связывает крышу и стены здания, служит опорой для стропильных ног и других элементов системы.
- Стропильные ноги — они образуют наклонные плоскости крыши и являются опорой для обрешетки под кровельный материал.
- Коньковый прогон (бус или конек) — объединяет две плоскости крыши.
- Затяжка — поперечная деталь, которая соединяет противоположные стропильные ноги. Служит для увеличения жесткости конструкции и компенсации распирающих нагрузок.
- Лежни — бруски, расположенные вдоль мауэрлата. Перераспределяют нагрузку от кровли.
- Боковые прогоны — поддерживают стропильные ноги.
- Стойки — передают нагрузку от прогонов к лежням.
В системе могут еще присутствовать кобылки. Это доски, которые удлиняют стропильные ноги для образования свеса. Дело в том, что для защиты стен и фундамента дома от осадков желательно чтобы кровля заканчивалась как можно дальше от стен. Для этого можно взять длинные стропильные ноги. Но стандартной длины пиломатериалов в 6 метров для этого часто не хватает. Заказывать нестандарт — очень дорого. Поэтому стропила просто доращивают, а доски, которыми это делают называются «кобылки».
Конструкций стропильных систем довольно много. В первую очередь их разделяют на две группы — с наслонными и висячими стропилами.
С висячими стропилами
Это системы, у которых стропильные ноги опираются только на наружные стены без промежуточных опор (несущих стен). Для двускатных крыш максимальный пролет составляет 9 метров. При установки вертикальной опоры и системы подкосов увеличить его можно до 14 метров.
Висячий тип стропильной системы двускатной крыши хорош тем, что в большинстве случаев нет необходимости ставить мауэрлат, а это делает установку стропильных ног проще: не нужно делать врубки, достаточно скосить доски. Для связи стен и стропил используется подкладка — широкая доска, которую крепят на шпильки, гвозди, болты, ригеля. При таком строении большая часть распирающих нагрузок компенсирована, воздействие на стены направлено вертикально вниз.
Виды стропильных систем с висячими стропилами для разных пролетов между несущими стенами
Стропильная система двухскатной крыши для небольших домов
Существует дешевый вариант стропильной системы, когда она представляет собой треугольник (фото ниже). Такое строение возможно, если расстояние между наружными стенами не более 6 метров. Для такой стропильной системы можно расчет по углу наклона не делать: конек должен быть поднят над затяжкой на высоту не менее 1/6 длины пролета.
Но при таком построении стропила испытывают значительные изгибающие нагрузки. Для их компенсации или берут стропила большего сечения или врубку коньковой части делают так, чтобы их частично нейтрализовать. Для придания большей жесткости в верхней части с обоих сторон прибивают деревянные или металлические накладки, которые надежно скрепляют вершину треугольника (тоже смотрите не картинке).
На фото также показано, как дорастить стропильные ноги для создания свеса кровли. Делается врубка, которая должна выходить за пределы линии, проведенной от внутренней стены вверх. Это необходимо, чтобы сместить место надреза и уменьшить вероятность надлома стропила.
Коньковый узел и крепление стропильных ног к подкладной доске при простом варианте системы
Для мансардных крыш
Вариант с установкой ригеля — используется при . В этом случае он является основой для подшивки потолка расположенного ниже помещения. Для надежной работы системы такого типа, врубка ригеля должна быть безшарнирной (жесткой). Лучший вариант — полусковороднем (смотрите на рисунке ниже). В противном случае крыша станет неустойчивой к нагрузкам.
Обратите внимание на то, что в этой схеме присутствует мауэрлат, а стропильные ноги для повышения устойчивости конструкции должны выходить за пределы стен. Для их закрепления и стыковки с мауэрлатом делается врубка в виде треугольника. В этом случае при неравномерной нагрузке на скаты, крыша будет более стабильна.
При такой схеме почти вся нагрузка ложится на стропила, потому их необходимо брать большего сечения. Иногда приподнятую затяжку укрепляют подвеской. Это необходимо для предотвращения ее прогиба, если она служит опорой для материалов обшивки потолка. Если затяжка небольшой длины, ее можно подстраховать по центру с двух сторон досками, прибитыми на гвозди. При значительной нагрузке и длине таких страховок может быть несколько. В этом случае тоже достаточно досок и гвоздей.
Для больших домов
При значительном расстоянии между двумя наружными стенами устанавливается бабка и подкосы. Такая конструкция обладает высокой жесткостью, так как нагрузки компенсированы.
При таком длинной пролете (до 14 метров) сделать затяжку цельной сложно и дорого, потому ее делают из двух балок. Соединяется она прямым или косым прирубом (рисунок ниже).
Для надежной стыковки место соединения усиливается стальной пластиной, посаженной на болты. Ее размеры должны быть больше размеров врубки — крайние болты вкручиваются в цельную древесину на расстоянии не менее 5 см от края врубки.
Для того чтобы схема работала нормально, необходимо правильно сделать подкосы. Они передают и распределяют часть нагрузки от стропильных ног на затяжку и обеспечивают жесткость конструкции. Для усиления соединений используются металлические накладки
При сборке двухскатной крыши с висячими стропилами сечение пиломатериалов всегда больше, чем в системах с наслонными стропилами: точек передачи нагрузки меньше, следовательно на каждый элемент приходится большая нагрузка.
С наслонными стропилами
В двускатных крышах с наслонными стропилами, концами они опираются на стены, а средней частью опираются на несущие стены или колонны. Некоторые схемы распирают стены, некоторые нет. В любом случае наличие мауэрлата обязательно.
Безраспорные схемы и узлы врубок
Дома, сложенные из бревен или бруса плохо реагируют на распорные нагрузки. Для них они критичны: стена может развалиться. Для деревянных домов стропильная система двухскатной крыши должна быть безраспорной. О видах таких систем поговорим подробнее.
Простейшая безраспорная схема стропильной системы приведена на фото ниже. В ней стропильная нога упирается в мауэрлат. В таком варианте она работает на изгиб, не распирая стену.
Обратите внимание на варианты крепления стропильных ног к мауэрлату. В первом, площадку опирания обычно скашивают, ее длина при этом — не более сечения балки. Глубина врубки — не более 0,25 ее высоты.
Верх стропильных ног укладывается на коньковый брус, не скрепляя его с противоположным стропилом. Получаются по строению две односкатные крыши, которые в верхней части примыкают (но не соединяются) одна с другой.
Намного проще в сборке вариант со скрепленными в коньковой части стропильными ногами. Они практически никогда не дают распора на стены.
Для работы этой схемы стропильные ноги внизу крепятся при помощи подвижного соединения. Для закрепления стропильной ноги к мауэрлату сверху забивается один гвоздь или снизу ставится гибкая стальная пластина. Варианты крепления стропильных ног к коньковому прогону смотрите на фото.
Если кровельный материал планируется использовать тяжелый, необходимо увеличить несущую способность. Достигается это увеличением сечения элементов стропильной системы и усилением конькового узла. Он приведен на фото ниже.
Усиление конькового узла под тяжелый кровельный материал или при значительных снеговых нагрузках
Все приведенные выше схемы двускатных крыш стабильны при наличии равномерных нагрузок. Но на практике такого практически не бывает. Предотвратить сползание крыши в сторону большей нагрузки можно двумя способами: установкой на высоте около 2 метров схватки или подкосами.
Варианты стропильных систем со схватками
Установка схваток повышает надежность конструкции. Чтобы она нормально работала, в местах ее пересечения со стоками крепить нужно к ним гвоздями. Сечение бруса для схватки используют такое же, как и для стропил.
К стропильным ногам крепятся ботами или гвоздями. Могут устанавливаться с одной или двух сторон. Узел крепления схватки к стропилам и коньковому прогону смотрите на рисунке ниже.
Чтобы система была жесткой и не «поползла» даже при аварийных нагрузках достаточно в таком варианте обеспечить жесткое крепление конькового бруса. При отсутствии возможности его смещения в горизонтали, крыша выдержит даже значительные нагрузки.
Системы наслонных стропил с подкосами
В этих вариантах для большей жесткости добавлены подстропильные ноги, которые еще называют подкосами. Они устанавливаются под углом 45° по отношению к горизонту. Их установка позволяет увеличить длину пролета (до 14 метров) или уменьшить сечение балок (стропил).
Подкос просто подставляется под требуемым углом к балкам и прибивается гвоздями с боков и снизу. Важное требование: подкос должен быть срезан точно и плотно прилегать к стойкам и стропильной ноге, исключая возможность ее прогиба.
Системы с подстропильными ногами. Сверху распорная система, снизу — безраспорная. Узлы правильной рубки для каждой расположены рядом. Внизу — возможные схемы крепления подкоса
Но не во всех домах средняя несущая стена расположена посередине. В этом случае есть возможность установить подкосы с углом ннаклона относительно горизонта 45-53°.
Системы с подкосами необходимы если возможна значительная неравномерная усадка фундамента или стен. Стены садиться по-разному могут на деревянных домах, а фундаменты — на слоистых или пучнистых грунтах. Во всех этих случаях рассматривайте устройство стропильных систем такого типа.
Система для домов с двумя внутренними несущими стенами
Если в доме есть две несущие стены, устанавливают две подстропильные балки, которые расположены над каждой из стен. На промежуточные несущие стены укладываются лежни, нагрузка от подстропильных балок передается на лежни через стойки.
В данных системах коньковый прогон не ставят: он дает распорные силы. Стропила в верхней части соединяются одна с другой (подрезаются и стыкуются без зазоров), места соединения усиливаются стальными или деревянными накладками, которые прибиваются гвоздями.
В верхней безраспорной системе распирающую силу нейтрализует затяжка. Обратите внимание, что затяжка ставится под прогоном. Тогда она работает эффективно (верхняя схема на рисунке). Устойчивость может обеспечиваться стойками, или расшивками — балками, установленными наискосок. В распорной системе (на картинке она внизу) поперечине — это ригель. Он устанавливается над прогоном.
Есть вариант системы со стойками, но без подстропильных балок. Тогда к каждой стропильной ноге прибивается стойка, которая вторым концом опирается на промежуточную несущую стену.
Крепление стойки и затяжки в стропильной системе без подстропильного прогона
Для крепления стоек используются гвозди дляной 150 мм и болты 12 мм. Размеры и расстояния на рисунке указаны в миллиметрах.
Проектируя любое жилое строение, архитекторы особое внимание уделяют крыше, так как она выполняет не одну, а сразу несколько функций, в зависимости от ее конструктивных особенностей. Нужно сказать, что далеко не всех будущих домовладельцев удовлетворяет обычная двухскатная крыша, хотя ее можно назвать самой надежной, так как она имеет всего две скатные плоскости и один стык между ними. Многих привлекают более сложные конструкции, которые добавляют строению особую привлекательность и оригинальность. Другие, более практичные домовладельцы, предпочитают мансардные конструкции, которые одновременно способны выполнять роль кровли и второго этажа.
Основой любой крыши является индивидуальная стропильная система, имеющая свои конструктивные особенности. Сделать выбор нужного каркаса крыши будет значительно проще, если заранее разобраться какие же виды и схемы стропильных систем используются в строительной практике. После получения подобной информации станет более понятно, насколько сложны такие конструкции в монтаже. Особенно это важно знать, если каркас для крыши предполагается возводить самостоятельно.
Основные функциональные задачи стропильных систем
При обустройстве скатных конструкций крыш, стропильная система является каркасом для покрытия и для удержания материалов «кровельного пирога». При грамотном монтаже каркасной конструкции будут создаваться необходимые условия для правильной и неутепленных типов кровель, защищающих стены и внутреннее пространство дома от различных атмосферных воздействий.
Кровельная конструкция также всегда является завершающим архитектурным элементом экстерьерного оформления строения, своим видом поддерживая его стилистическое направление. Тем не менее, конструктивные особенности стропильных систем в первую очередь должны соответствовать требованиям прочности и надежности, которым должна соответствовать крыша, и лишь затем уже – эстетическим критериям.
Каркас стропильной системы формирует конфигурацию и угол наклона крыши. Эти параметры во многом зависят от природных факторов, характерных для конкретного региона, а также от желания и возможностей домовладельца:
- Количество осадков в разные периоды года.
- Направление и средняя скорость ветра в местности, где будет возводиться постройка.
- Планы по применению пространства под крышей – обустройства в нем жилых или нежилых помещений, или же использования его лишь в качестве воздушной прослойки для термоизоляции расположенных ниже помещений.
- Разновидность планируемого материала кровельного покрытия.
- Финансовые возможности домовладельца.
Атмосферные осадки и сила потоков ветра дают весьма чувствительную нагрузку на строение кровли. Например, в регионах с обильными снегопадами не стоит выбирать стропильную систему с небольшим углом наклона скатов, так как снеговые массы будут задерживаться на их поверхности, что может привести к деформации каркаса или кровельного покрытия или к протеканиям.
Если же местность, где будет производиться стройка, славится своими ветрами, то лучше выбирать конструкцию с небольшим уклоном ската, чтобы случающиеся резкие порывы не сорвали отдельных элементов крыши и кровли.
Основные элементы конструкции крыши
Детали и узлы стропильных систем
В зависимости от выбранного вида стропильной системы, используемые элементы конструкции могут значительно разниться, однако, существуют детали, которые присутствуют и в простых, и в сложных системах крыш.
К основным элементам стропильной системы скатной крыши относятся:
- Стропильные ноги, формирующие скаты кровли.
- - деревянный брус, закрепляемый на стенах дома и служащий для фиксации на нем нижней части стропильных ног.
- Конек - это стык каркасов двух скатов. Он обычно является самой высокой горизонтальной линией крыши и служит опорой, на которой закрепляются стропила. Конек может быть сформирован стропилами, скрепленными между собой под определенным углом или же зафиксированными на коньковой доске (прогоне).
- Обрешетка - это рейки или брус, монтируемые на стропила с определенным шагом и служащие основой для настила выбранного кровельного материала.
- Подпорные элементы, куда можно отнеси лежни, прогоны, стойки, подкосы, стяжки и другие детали, служат для повышения жесткости стропильных ног, поддержки конька, связывания отдельных деталей в общую конструкцию.
Кроме упомянутых деталей конструкции, в нее могут быть включены и другие элементы, функции которых направлены на упрочнение системы и оптимальное распределение нагрузок крыши на стены строения.
Стропильная система подразделяется по нескольким категориям в зависимости от разных особенностей своей конструкции.
Чердачное пространство
Прежде чем перейти к рассмотрению разных видов крыш, стоит разобраться, каким может быть чердачное пространство, так как многие собственники с успехом используют его в качестве хозяйственных и полноценных жилых помещений.
Конструкцию скатных крыш можно разделить на бесчердачные и чердачные. Первый вариант называется именно так оттого, что пространство под крышей имеет небольшую высоту и используется только в качестве утепляющей сверху помещения здания воздушной прослойки. К таким системам обычно относится или же имеющая несколько скатов, но расположенных под очень незначительным углом.
Чердачная конструкция, имеющая достаточно большую высоту конька, может использоваться по-разному, быть утепленной и неутепленной. К таким вариантам можно отнести мансардный или же двухскатный вариант. Если выбирается кровля с высоким коньком, то в обязательном порядке необходимо учитывать ветровые нагрузки в регионе, где выстроен дом.
Уклон скатов
Чтобы определить оптимальный наклон скатов крыши будущего жилого строения, в первую очередь нужно присмотреться к уже выстроенным малоэтажным соседским домам. Если они стоят уже не один год и стойко выдерживают ветровые нагрузки, то их конструкцию смело можно брать за основу. В том же случае, когда владельцами поставлена цель создать эксклюзивный оригинальный проект, непохожий на стоящие рядом постройки, необходимо ознакомиться с конструктивными и эксплуатационными особенностями различных стропильных систем и произвести соответствующие расчеты.
Следует учитывать, что от того, насколько велик уклон скатов крыши, зависит изменение касательных и нормальных значений силы ветра — чем круче угол наклона, тем большее значение имеют нормальные силы и меньше касательные. Если крыша пологая, то на конструкцию больше влияет касательная нагрузка ветра, так как увеличивается подъемная сила с подветренной стороны и уменьшается с наветренной.
Зимняя снеговая нагрузка тоже должна быть учтена при проектировании кровли. Обычно этот фактор рассматривается в комплексе с ветровой нагрузкой, так как с наветренной стороны снеговая нагрузка будет гораздо ниже, чем с подветренного ската. Кроме этого, на скатах существуют места, где обязательно будет собираться снег, давая большую нагрузку на эту область, поэтому ее следует укрепить дополнительными стропилами.
Уклон скатов крыш может варьироваться от 10 до 60 градусов, и он должен быть выбран не только с учетом консолидированной внешней нагрузки, но и в зависимости от кровельного покрытия, которое планируется использовать. Этот фактор учитывается потому, что кровельные материалы различаются по своей массе, для их закрепления требуется различное количество элементов стропильной системы, а значит, будет разниться и нагрузка на стены дома, и насколько она будет большой, тоже зависит от угла уклона крыши. Немаловажное значение имеют и особенности каждого покрытия по сопротивляемости проникновению влаги – многим кровельным материалам в любом случае необходимо тот или иной уклон для обеспечения свободного схода ливневой воды или тающего снега. Кроме этого, выбирая уклон крыши, нужно заранее продумать то, как будет осуществляться процесс очистки и ремонтных работ на кровле.
Планируя тот или иной угол скатов крыши нужно знать, чем меньше стыков между листами покрытия, и чем они герметичнее, тем меньше можно делать уклон ската, конечно, если не предполагается устроить в чердачном пространстве жилое или хозяйственное помещение.
Если же для покрытия кровли используется материал, состоящий из небольших элементов, например, керамическая черепица, то уклон скатов нужно делать достаточно крутым, чтобы вода никогда не задерживалась на поверхности.
Учитывая вес кровельного материала, нужно знать – чем тяжелее покрытие, тем угол скатов должен быть больше, так как в этом случае нагрузка правильно распределится на стропильную систему и несущие стены.
Для покрытия крыши могут быть использованы следующие материалы: или профильный лист, оцинкованная сталь, волнистые асбестобетонные и битумно-волокнистые листы, цементная и керамическая черепица, рубероид, мягкая кровля и другие кровельные материалы. Ниже на иллюстрации показаны допустимые углы крутизны скатов для различных типов кровельных покрытий.
Базовые конструкции стропильных систем
В первую очередь стоит рассмотреть базовые виды стропильных систем относительно расположения стен дома, которые применяются во всех конструкциях крыш. Базовые варианты разделяют на наслонную, висячую, а также комбинированную, то есть включающую в свою конструкцию элементы и первого, и второго типа систем.
крепления для стропил
Наслонная система
В постройках, где предусмотрены внутренние несущие стены, чаще устанавливается наслонная стропильная система. Монтировать ее гораздо проще, чем висячую, так как внутренние несущие стены обеспечивают для ее элементов надежную опору, а кроме того, для этой конструкции потребуется меньшее количество материалов.
Для стропил в этой системе определяющей опорной точкой является коньковая доска, на которой они и закрепляются. Безраспорный вид наслонной системы может быть обустроен в трех вариантах:
- В первом варианте верхняя сторона стропил фиксируется на коньковой опоре, называемой скользящей, а нижняя их сторона закрепляется путем врубки к мауэрлату. Дополнительно стропила в нижней части фиксируется к стене с помощью проволоки или скоб.
- Во втором случае стропила в верхней части подрезаются под определенным углом и соединяются между собой при помощи специальных металлических пластин.
Нижний же край стропильных ног крепится к мауэрлату подвижными креплениями.
- В третьем варианте стропила жестко скрепляются в верхней части брусками или обработанными досками, расположенными горизонтально, параллельно друг другу с обеих сторон соединенных под углом стропил, а между ними защемляется коньковый прогон.
В нижней части для закрепления стропил, так же, как и в предыдущем случае, применяются скользящие крепления.
Необходимо пояснить, почему для фиксации стропил на мауэрлате часто используются именно скользящие крепления. Дело в том, что они способны избавить несущие стены от излишнего напряжения, так как стропила не зафиксированы жестко, и при усадке строения они имеют возможность сдвигаться, не деформируя при этом общей конструкции кровельной системы.
Этот вид крепления применяется только в наслонных системах, что также отличает их от висячего варианта.
Однако в некоторых случаях для наслонных стропил применяют распорную систему, в которой нижний конец стропил жестко фиксируется к мауэрлату, а чтобы снять нагрузку со стен в конструкцию встраиваются затяжки и подкосы. Этот вариант и называется комплексным, так как включает в себя элементы наслонной и висячей системы.
В этой статье мы расскажем, что представляет собой стропильная система двускатной крыши. Мы рассмотрим основные элементы, из которых она состоит, а также их расположение в стропильной конструкции, как правильно установить деревянные стропила и как называются основные элементы стропильной системы.
В предыдущей статье мы рассказали о преимуществах и недостатках различных видов крыш. Двускатная крыша — самая простая и надёжная конструкция для жилого дома. К тому же она подразумевает наличие чердака, что так полезно в загородном хозяйстве.
Двускатная стропильная система имеет несколько базовых разновидностей, на основе которых мастера создают индивидуальные конструкции. Мы рассмотрим их в порядке усложнения.
Для пролёта между несущими стенами до 6 метров
Этот вариант самый простой, при этом он несёт самую малую нагрузку. В нём применяются висячие стропила с основной или подстропильной затяжкой. При такой конструкции стропильная система представляет собой только стропила, соединённые на пересечении в коньке.
Подстропильная балка или затяжка — элемент стропильной системы, который соединяет горизонтальной тягой стропильные ноги противоположных скатов.
Стропильная нога или стропила — основной несущий элемент поддерживающей конструкции крыши. Из ряда стропил формируется скат крыши.
Висячие стропила — способ установки стропил , при котором отсутствуют дополнительные горизонтальные крепления (тяги).
Мауэрлат (деревянная обвязка верха стен) — основа стропильной системы. На каменные стены устанавливается в обязательном порядке.
По расположению затяжек такая кровля бывает двух видов.
С основной затяжкой
Затяжка проходит по верхам стен и опирается на них. Именно в этом случае чаще всего роль затяжки выполняет балка перекрытия. Высота от перекрытия до конька — от 1,4 до 2,5 м. Такой вариант оптимален, если планируется использовать чердачное пространство для временного хранения или просушки чего-либо.
Преимущества:
- Дополнительное подсобное помещение на чердаке.
- Пространство чердака используется полностью.
- Значительный запас воздуха — меньшие потери тепла через крышу.
Недостаток: сравнительно малый объём помещения.
С подстропильной затяжкой
Затяжка проходит на уровне ⅓ высоты от опоры стропил до конька. В этом случае нет привязки к перекрытию, и опорные стены стропил могут быть подняты на необходимую высоту. Это позволяет создавать полноценные помещения с высотой стен ½ этажа.
Преимущества:
- Экономия на стеновом материале второго этажа.
- Максимально эффективное использование подстропильного пространства.
- Возможность жилого чердачного помещения.
Недостатки:
- Требуется качественное утепление кровли .
- Требуется врезка мансардных окон.
Для пролёта между несущими стенами от 6 до 9 метров
Комбинированная затяжка
При увеличении пролёта количество поддерживающих и стягивающих элементов увеличивается. Это нужно для эффективного распределения нагрузки и передачи её на стены. Висячие стропила на пролёте более 4 метров* можно устроить только одним способом — двойной (комбинированной) затяжкой. При этом длина пролёта* не должна превышать 4,5 м.
* — в данном случае под пролётом понимается длина проекции (тени) одной стропильной ноги в проектном положении.
При устройстве двойной затяжки подстропильную затяжку называют ригелем.
1 — затяжка; 2 — ригель; 3 — стропильная нога; 4 — мауэрлат
Вертикальные опоры
Зачастую приходится сращивать стропила в длину, т. к. 6 метров бывает недостаточно. В этом случае устраивают дополнительные промежуточные опоры. Они могут располагаться в разных областях относительно стропильной ноги. При этом стропила называются уже не висячими, а наслонными.
Наслонные стропила — стропильные ноги, имеющие одну или более опор. Исключение — мансардная двускатная стропильная система с двумя рядами опор, расположенными не по центру.
Бабка или центральная опора — вертикальная стойка, расположенная в месте пересечения стропил.
Прогон — сплошная доска или брус, соединяющий ряд стропил или балок.
Коньковый прогон — соединяет верха центральных стоек (бабок).
1 — затяжка; 2 — бабка; 3 — прогон; 4 — коньковый прогон
Помимо центрального ряда стоек конструкция стропильной системы может предусматривать дополнительные вертикальные опоры — в середине пролёта одной стропильной ноги. По сравнению с подкосными способами укрепления такой способ удобен тем, что не перегораживает проходы. При достаточной высоте чердака можно использовать его в качестве кладовой.
Мансардная стропильная система — частный случай двускатной кровли с вертикальными опорами. Она не имеет центрального ряда стоек, только стойки на ½ проекции стропильной ноги. В ней обязательно присутствует ригель (подстропильная затяжка). Ряд ригелей формирует потолок мансардного этажа.
Для пролётов между несущими стенами от 9 до 14 метров
При таких больших пролётах длина проекции стропил будет от 4,5 до 7 метров и в большинстве случаев не избежать сращивания стропил по длине. Это в свою очередь потребует усиления в месте соединения стропил и применения подкосов.
Подкос — упор, расположенный в проектном положении под углом.
Подкосы могут устанавливаться в разных местах стропил, но не ближе ¼ их длины к концу. Существует множество вариантов их установки. Самый простой способ — установка на лежень.
Лежень — сплошная доска или брус, установленный на несущие балки перпендикулярно им. Служит для распределения нагрузки от подкосов и стоек на балки.
1 — балка; 2 — подкос; 3 — лежень; 4 — бабка
В основном опора подкоса располагается в месте опоры бабки, особенно если они находятся на промежуточной несущей стене. В другом случае центральной опоры может не быть — только подкосы, но они должны быть закреплены к стропильной ноге ближе к середине пролёта.
Частный случай комбинированной двускатной стропильной системы — мансардный этаж с шириной пролёта помещения более 4,5 метров. В этом случае устраивается П-образная рама — прогоны из бруса 100х100, ряд вертикальных стоек по лежням на ½ или ⅔ длины проекции стропил и горизонтальная затяжка (ригель). Оставшееся пространство заполняется (раскрепляется) подкосами. Такой вид стропильной системы применяется на зданиях значительной площади.
Двускатные стропильные фермы с подкосами имеют два существенных преимущества:
- высокая несущая способность и пространственная жёсткость;
- возможность создавать прочные пологие скаты большой протяжённости.
При этом пологость скатов обусловлена малой высотой конька над перекрытием, т. е. чердак в большинстве случаев не используется.
Выбирая двускатную кровлю, помните, что помимо относительной простоты устройства и монтажа необходимо правильно организовать распределение нагрузки. Это особенно важно в районах с существенными снеговыми и ветровыми нагрузками. Весенний снег в 2,5-3 раза тяжелее зимнего, поэтому дополнительные опоры и распорки в стропильной системе не будут лишними.
Новейшие строительные технологии предоставляют сегодня возможность реализовать любую архитекторскую задумку по конфигурации крыши частного дома. Тем не менее классическая двускатная форма, несмотря на многочисленные модные тенденции, остаётся популярной и востребованной. Основой двускатной крыши является стропильная система, поэтому важно грамотно и безошибочно рассчитать её параметры и технические показатели, чтобы обеспечить надёжность и долговечность всей структуре.
Разновидности стропильного каркаса двускатной крыши
Двускатная крыша представляет собой конструкцию, у которой две прямоугольные плоскости, называемые скатами, установлены под заданным углом к стенам, а в качестве фронтонов выступают треугольные части здания.
Крыша с двумя скатами - самая распространённая конструкция, которая безупречно сочетается с любым ландшафтом и прекрасно защищает от непогоды
Двускатные формы крыш применяются на протяжении многих столетий. Они отличаются простотой в обустройстве, прочностью, высокой устойчивостью к атмосферным воздействиям и возможностью использования в различных климатических районах. Наиболее распространённые формы двускатных крыш - классическая, ломаная и асимметричная.
Для крыш с двумя скатами существует огромное разнообразие архитектурных и технологических решений
Видео: стропильная система двускатной мансардной крыши
https://youtube.com/watch?v=2fSdhbpgj7YНо в последнее время благодаря дизайнерским фантазиям и современным кровельным материалам частные дома всё чаще венчаются необычными двускатными конструкциями, которые становятся изюминкой экстерьера, притягивая взгляды своей оригинальностью и красотой.
Двускатные крыши с необычной стропильной конструкцией отличаются оригинальным внешним видом, однако такая их форма уменьшает полезную площадь чердачного помещения
Однако такие экстравагантные виды крыш нередко уменьшают полезную площадь подкровельного помещения, поэтому, планируя двускатную конструкцию, желательно всё же свои предпочтения сочетать с целесообразностью.
Стропильная система крыши - опора для кровли. Её основными элементами являются стропила, в верхней части соединённые между собой, а в нижней - опирающиеся на внешние стены. Главная задача конструкции - принять нагрузки и передать их на нижнюю обвязку: мауэрлат, балки перекрытия, прогоны, лежни. Степень жёсткости стропильного каркаса определяется размерами здания и его архитектурной сложностью, а также климатическими условиями местности.
Независимо от конфигурации стропильная система должна выполнять своё главное предназначение - принимать все нагрузки и равномерно передавать их через опоры на стены и фундамент
По строению несущую систему двускатной крыши разделяют на два вида.
Нередко помимо основных видов используется комбинированная стропильная система, включающая в себя отдельные звенья обеих конструкций.
В комбинированной стропильной системе одновременно используются характерные элементы наслонных и висячих конструкций
По материалу стропильная система скатной крыши бывает:
Роль стропильной системы столь велика, что во многих странах бытует праздник стропил, которому больше двухсот лет. Когда закончены все трудоёмкие этапы по возведению несущей конструкции крыши, строители вывешивают венок из мяты и дубовых листьев на самой высокой точке дома, символизируя этим, что готовы отчитаться перед заказчиками о проделанной работе и гарантируют безопасность здания.
Если вы решили возводить крышу своими силами, то начинать нужно с формирования эскиза и понимания особенностей двускатной конструкции в целом и каждого её элемента в отдельности.
Возведение двускатной крыши следует начинать с изготовления эскиза с нанесением на него основных габаритов здания
Видео: основные понятия о стропильной системе двускатной крыши
https://youtube.com/watch?v=fOlIW8FXVP8Устройство стропильной системы двускатной крыши
Как и любая крыша, двускатная конструкция состоит из несущей системы, которая включает в себя опорные и поддерживающие фрагменты, и ограждающей части, объединяющей все слои кровельного пирога. Основой для укладки кровельного пирога является стропильный каркас, от строения которого зависит форма крыши.
Все узлы стропильной системы должны обеспечивать прочность и надёжность конструкции, чтобы готовая крыша смогла выдержать расчётные нагрузки
В состав стропильной системы входят следующие элементы.
- Мауэрлат - опорный брус сечением не менее 100Х150 мм, удерживающий всю систему. Он укладывается по верхнему краю наружных стен, на которые будут опираться стропила, и передаёт на стены распределённую нагрузку.
- Стропила - парные составляющие каркаса из досок или бруса, образующие при монтаже треугольник - ведущий фрагмент скатной крыши. Сечение стропильных ног и шаг их установки зависят от укрывного материала и приходящихся на кровлю нагрузок. Опираются стропила на мауэрлат или балки перекрытия либо на верхнюю обвязку и верхние венцы в каркасных и рубленых постройках.
- Лежень - брус сечением 100Х100 или 150Х150 мм, который укладывается на внутренние стены дома (если имеются) и выполняет такую же роль, что и мауэрлат - распределение и передача нагрузки от веса крыши, только не на внешние стены, а на внутренние перегородки.
- Затяжка (подстропильная балка) - нижняя часть образованного парами стропил треугольника, связывающая их основания. Используется при возведении каркаса из висячих стропил.
- Стойки - вертикальные опоры, забирающие часть стропильных нагрузок на себя. Обычно изготавливаются из досок сечением не менее 25Х150 мм. Каркас со стойками сложнее в монтаже, но конструкция получается гораздо надёжнее.
- Прогоны - поперечины, скрепляющие стропильные ноги.
- Подкосы - поддерживающие звенья несущей системы крыши, которые соединяют стропила с остальными элементами конструкции, усиливая таким образом её жёсткость. Благодаря этому стропильная система обретает способность выдерживать большие нагрузки.
Чтобы понять, как работает стропильная система и выбрать правильно технологию монтажа, первоначально нужно ознакомиться со всеми её конструктивными узлами
- Конёк - место соединения стропильных ног. Он расположен горизонтально в самой верхней точке крыши и проходит через все пары стропил, получив за это название конькового хребта.
Коньковый прогон представляет собой горизонтальную балку, которую монтируют в самых верхних частях стропильных ферм
- Кобылки - отрезки досок для наращивания стропил. Используются, если длины стропильных ног недостаточно для обустройства карнизных свесов.
Применение кобылок позволяет использовать для изготовления стропильной конструкции доски и брусья меньшей длины, но главный плюс этих элементов заключается в возможности изменить линию свода крыши и сделать конструкцию более фигурной
Как рассчитать стропильную систему двускатной крыши
Основными параметрами расчёта стропильной системы будут следующие величины.
Значение показателя силы ветра на необходимой высоте берётся из следующей таблицы.
Таблица: значение коэффициента k для разных типов местности
| Высота здания, м | Коэффициент k для различных видов местности | ||
| А | В | С | |
| ≤ 5 | 0,75 | 0,5 | 0,4 |
| 10 | 1,0 | 0,65 | 0,4 |
| 20 | 1,25 | 0,85 | 0,55 |
| 40 | 1,5 | 1,1 | 0,8 |
| 60 | 1,7 | 1,3 | 1,0 |
| 80 | 1,85 | 1,45 | 1,15 |
| 100 | 2,0 | 1,6 | 1,25 |
| 150 | 2,25 | 1,9 | 1,55 |
| 200 | 2,45 | 2,1 | 1,8 |
| 250 | 2,65 | 2,3 | 2,0 |
| 300 | 2,75 | 2,5 | 2,2 |
| 350 | 2,75 | 2,75 | 2,35 |
| ≥480 | 2,75 | 2,75 | 2,75 |
| Примечание: «А» - открытые побережья морей, озёр и водохранилищ, а также пустыни, степи, лесостепи, тундра; «В» - городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м; «С» - городские районы с застройкой зданиями высотой более 25 м. |
|||
Величина нормативного напора ветра W o по климатическим регионам задаётся таблицей, приведённой в п. 6.5 СНиП 2.01.07–85.
Таблица: нормативное давление ветра по регионам
Для определения нормативной снеговой нагрузки используется таблица из п. 5.2 того же документа.
Таблица: значения нормативных снеговых нагрузок по регионам России
| Снеговые регионы | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
| S g , кг/м 2 | 80 | 120 | 180 | 240 | 320 | 400 | 480 | 560 |
Расчёт нагрузок на стропильную систему
Чтобы порядок проведения расчёта был более понятен, рассмотрим на его этапы конкретном примере. Допустим, что:
Рассчитываем нагрузки на стропильную систему.
- Тангенс угла наклона скатов определяется как отношение высоты крыши к половине пролёта. Значит, tg α = Н / D = 2,8 / 3,25 = 0,861. По таблице тангенсов находим значение угла наклона крыши, которое в нашем примере равно 41°.
Для удобства проведения расчётов стропильной конструкции следует пользоваться чертежами с нанесёнными на них основными размерами
- Находим снеговую нагрузку по приведённой выше формуле S = µ · S g . Коэффициент µ определяется углом наклона кровли: µ = 0,033 · (60 - α) = 0,033 · (60–41) = 0,628. Из карты снеговых регионов находим, что S g = 168 кг/м 2 . Тогда S = 0,628 · 168 ≈ 106 кг/м².
- Вычисляем ветровую нагрузку на строящееся здание. Кемеровская область по карте ветровых нагрузок находится в третьей зоне. По таблице нормативного давления W o = 38 кг/м², показатель k берём из колонки «В» приведённой выше таблицы (коттеджный посёлок в черте города) для высоты здания, наиболее близкой к исходному значению - k = 0,65. Тогда давление ветра будет равно W o · k · c = 38 · 0,65 · 0,8 ≈ 20 кг/м². Аэродинамический показатель выбран равным 0,8 осознанно, так как угол наклона кровли превышает 30°, а в таком случае согласно п. 6.6 СНиП 2.01.07–85 ветер давит на крышу, поэтому в расчёт рекомендуется брать наибольшее положительное значение.
- Рассчитываем необходимую толщину утеплителя для нашего примера, поскольку именно от неё зависит нагрузка теплоизоляционного слоя на стропильную систему. Толщина слоя утепления рассчитывается по формуле Т = R · λ, где R - нормируемое тепловое сопротивление для конкретной местности согласно карте, вложенной в СНиП II-3–79, λ - коэффициент теплопроводности утеплителя. Например, для минераловатного плитного утеплителя «Роквул», укладываемого в выбранном нами регионе, λ = 0,04, R = 4,83. Таким образом, T = 4,83 · 0,04 = 0,193. Округляя до ближайшего кратного 5 см числа, получаем толщину слоя утепления в 20 см.
Для точного расчёта толщины утеплителя нужно использовать карту теплопроводности по регионам, вложенную в СНиП II-3–79
- Считаем величину нагрузки на кровлю со стороны утеплителя. Максимальное значение плотности материала равно 40 кг/м 3 . Следовательно, на единицу площади он будет оказывать давление, равное 40 · 0,2 = 8 кг/м 2 .
- Находим общую нагрузку от веса кровли на стропильную систему. Она будет равна суммарному весу кровельного покрытия (предположим, металлочерепицы), паро- и гидроизоляционной плёнки, сплошного настила, обрешётки и контробрешётки и утеплителя: Q = 5 + 0,3 · 2 + 5 + 20 + 8 = 38,6 ≈ 39 кг/м².
- Определяем суммарную нагрузку на стропильную систему как сумму снеговой и ветровой составляющей и нагрузки от кровельного пирога: P = 106 + 20 + 39 = 165 кг/м². Прибавляя запас прочности в 10%, получаем 165 · 1,1 = 181,5 кг/м².
Таблица: определение угла по значению его тангенса
| tg α | Угол α, град. |
| 0,27 | 15 |
| 0,36 | 20 |
| 0,47 | 25 |
| 0,58 | 30 |
| 0,7 | 35 |
| 0,84 | 40 |
| 1 | 45 |
| 1,2 | 50 |
| 1,4 | 55 |
| 1,73 | 60 |
| 2,14 | 65 |
| Примечание: если угол покатости α ≤ 30°, коэффициент µ принимают за 1; если угол α ≥ 60°, µ = 0; если 30° < α < 60°, то µ высчитывают по формуле µ = 0,033 · (60 - α). |
|
Расчёт сечения, длины и шага стропил
Основные параметры стропильных балок рассчитываются по следующему алгоритму.
- Длину стропильных ног вычисляем по теореме Пифагора: L = √H² + D², где H - высота кровли в коньке, D - половина пролёта. Подставляя значения из нашего примера, получаем, что L = √2,8² + 3,25² = √18,4 ≈ 4,3 м. Прибавляем ширину карнизного свеса 0,5 м и вынос под водосток 0,4 м, тогда L = 4,3 + 0,5 +0,4 = 5,2 м.
- Определяем сечение пиломатериалов для изготовления стропильных ног, ориентируясь на исходные и расчётные показатели. Воспользуемся формулами упрощённого расчёта: H ≥ 8,6 · L max · √ при α < 30° и H ≥ 9,5 · L max х √ для α ≥ 30°. Здесь Н - ширина доски (см), L max - максимально возможная рабочая длина стропил (м), B - произвольно взятая толщина доски (см), Q r - нагрузка на один погонный метр стропильной ноги (кг/м), R изг - сопротивление древесины на изгиб (кг/см).
- Поскольку угол наклона у нас превышает 30°, то рассчитывать будем по второй формуле, но перед этим определим общую нагрузку на один погонный метр каждого стропила: Q r = A · Q, где A - шаг стропил (наибольшее значение, рекомендуемое производителем кровельного покрытия, в нашем случае оно равно 950 мм), Q - общая нагрузка. Таким образом, Q r = 0,95 · 181,5 ≈ 172 кг/м. Помимо этого, принимаем R изг = 130 кг/см (согласно СП 64.13330.2011 для древесины II сорта). Поскольку стропильную конструкцию мы делаем из наслонных стропил, соединённых между собой в зоне конькового прогона, вся длина стропил считается рабочей, так что в качестве L max берём полную длину стропил.
- Подставляем все эти значения в формулу расчёта: H ≥ 9,5 · L max · √ = 9,5 · 5,2 · √172 / (5 · 130) = 9,5 · 5,2 · 0,51 ≈ 25,2 см.
- В таблице находим подходящее значение ширины доски, равное 250 мм, и видим, что её толщина может варьироваться от 25 до 250 мм.
Таблица: стандартные размеры пиломатериалов хвойных пород по ГОСТ 24454–80
| Толщина доски, мм | Ширина доски, мм | ||||||||
| 16 | 75 | 100 | 125 | 150 | - | - | - | - | - |
| 19 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | - | - | - | - |
| 22 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | - | - |
| 25 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 32 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 40 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 44 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 60 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 75 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 100 | - | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 125 | - | - | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 150 | - | - | - | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 175 | - | - | - | - | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 200 | - | - | - | - | - | 200 | 225 | 250 | - |
| 250 | - | - | - | - | - | - | - | 250 | - |
Чтобы найти нужную толщину доски, смотрим таблицу зависимости сечения от длины стропил и шага, согласно которой при шаге 0,95 м, длине стропил 5,2 м и ширине 250 мм сечение пиломатериалов составит 75Х250 мм.
Таблица: сечение пиломатериалов в зависимости от длины и шага стропил
| Шаг стропил, см | Длина стропил, м | ||||||
| 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | |
| 215 | 100Х150 | 100Х175 | 100Х200 | 100Х200 | 100Х200 | 100Х250 | - |
| 175 | 75Х150 | 75Х200 | 75Х200 | 100Х200 | 100Х200 | 100Х200 | 100Х250 |
| 140 | 75Х125 | 75Х175 | 75Х200 | 75Х200 | 75Х200 | 100Х200 | 100Х200 |
| 110 | 75Х150 | 75Х150 | 75Х175 | 75Х175 | 75Х200 | 75Х200 | 100Х200 |
| 90 | 50Х150 | 50Х175 | 50Х200 | 75Х175 | 75Х175 | 75Х250 | 75Х200 |
| 60 | 40Х150 | 40Х175 | 50Х150 | 50Х150 | 50Х175 | 50Х200 | 50Х200 |
Теперь осталось лишь проверить правильность расчётов, т. е. выполнение контрольного неравенства / ≤ 1. Подставляем значения: 3,125 · 172 · 5,2³ / (7,5 · 25³) = 0,64 ≤ 1, то есть неравенство выдержано, значит, сечение для стропильных ног подобрано правильно.
Попробуем уменьшить сечение, чтобы сэкономить на пиломатериалах. Возьмём, к примеру, доски 75Х200 мм. Подставляем числовые параметры: 3,125 · 172 · 5,2³ / (7,5 х 20³) = 1,26. Получилось значение, большее единицы, т. е. условие по прочности не соблюдено. Поэтому экспериментировать не будем, а возьмём за основу для закупки древесины сечение 75Х250 мм, полученное в результате строгого расчёта.
Сделав все промежуточные расчёты, определяем количество пиломатериалов для стропильной системы. Для этого умножим длину стропил на их количество: 5,2 · 14 · 2 = 145,6 м. Добавляем запас в 10% и получаем 145,6 · 1,1 = 160 погонных метров.
Таблица: сечение бруса для обустройства балок перекрытия и мауэрлата
| Шаг установки балок перекрытия, м | Сечение бруса для мауэрлата и балок перекрытия в зависимости от длины пролёта и шага установки балок при полной нагрузке 400 кг/м² | ||||||||
| 2,0 | 2,5 | 3,0 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | 6,5 | |
| 0,6 | 75Х100 | 75Х150 | 75Х200 | 100Х200 | 100Х200 | 125Х200 | 150Х200 | 150Х225 | 150Х250 |
| 1,0 | 75Х150 | 100Х150 | 100Х175 | 125Х200 | 150Х200 | 150Х225 | 150Х250 | 175Х250 | 200Х250 |
Полная нагрузка на мауэрлат будет равна сумме общей нагрузки на стропильную систему и веса стропил.
- Определяем вес стропил. Он равен массе 160 погонных метров доски сечением 75Х250. Сначала вычисляем объём древесины V = 160 · 0,075 · 0,25 = 3 м³. Используем для стропильной системы, допустим, сосну, плотность которой равна 520 кг/м³, тогда суммарный вес материала будет равен 3 · 520 = 1560 кг. В расчёте на единицу площади получим 1560 / (160 · 0, 25) = 39 кг/м².
- Суммируем данные для получения полной нагрузки на мауэрлат: 181,5 + 39 = 220,5 кг/м².
- Приводим данные таблицы в соответствие нашим расчётам значениям. Таблица сечения бруса рассчитана на нагрузку 400 кг/м², следовательно, все значения нужно умножить на поправочный коэффициент 220,5 / 400 = 0,55. Значит, ширина бруса должна быть равна 0,55 · 175 = 96,25 мм, а толщина - 0,55 · 250 = 137,5 мм. Таким образом, для мауэрлата потребуется брус сечением 100Х150 мм, а это согласно ГОСТ и СНиП является оптимальным размером. Увеличивать сечение больше расчётного нет смысла, чтобы не создавать ненужную дополнительную нагрузку на стены и фундамент.
- Рассчитаем объём бруса по формуле V = S · L, где S - сечение бруса, а L - необходимая длина: V = 0,1 · 0,15 · 2 · 12 = 0,36 м³.
Подведём итог: для создания стропильной системы двускатной крыши нам понадобится 160 погонных метров или 3 м³ сосновой доски II сорта сечением 75Х250 мм и 0,36 м³ бруса сечением 100Х150 мм.
Видео: расчёт стропильной системы
Технология монтажа несущей системы двускатной крыши своими руками
После окончания подготовительных работ, расчёта стропильной системы и закупки необходимых пиломатериалов можно начинать монтаж. Мы разделим его на несколько стадий и дадим описание каждой из них.
Укладка мауэрлата и крепление к стенам
Опорный брус укладывается по верхнему краю стен, на которые в дальнейшем будут крепиться стропильные ноги или фермы. В бревенчатых срубах функции мауэрлата выполняет верхний венец, а в кирпичных постройках или в домах из пористых материалов по всей длине опорных стен помещается отдельный брус. Поскольку типовая длина пиломатериалов обычно меньше длины стен, то участки мауэрлата сращивают, для чего брусья запиливают строго под прямым углом и связывают между собой болтами.
Брусья мауэрлата сращиваются прямым замком и скрепляются друг с другом болтами
Гвозди, деревянные нагели и проволоку для наращивания мауэрлата не используют, так как места соединения должны быть максимально прочными, способными выдержать большие нагрузки.
Видео: крепление мауэрлата на армопояс
Технология крепления опорного бруса предусматривает два способа:
- со смещением в какую-либо сторону;
- чётко посередине опорной стены.
Мауэрлат при этом нужно размещать так, чтобы до внешнего края стен оставалось не менее 5 см.
Укладывают брус на гидроизоляционную основу, в большинстве случаев рубероид, чтобы защитить его от намокания, гниения и повреждений. Для крепления мауэрлата к стене используют:
Изготовление стропильных ферм или ног
Изготавливать стропила и фермы можно двумя способами.
- Сборка прямо на крыше. Этот метод применяется нечасто, так как осуществлять замеры, подрезки и т. д. на высоте довольно проблематично.
- Формование на земле, когда фермы или пары стропил собираются внизу и уже готовыми изделиями подаются на крышу. В этом способе есть плюсы и минусы. Преимущество такого метода в удобстве и скорости изготовления, а слабое место в том, что вес готовых фрагментов получается весьма значительным, поэтому для поднятия их на высоту может потребоваться специальная техника и оборудование.
Перед изготовлением ферм или стропильных пар желательно сделать шаблон. Собранные по нему фрагменты стропильной системы будут более точными и одинаковыми.
Установка стропил
Готовые стропильные элементы поднимают на крышу и устанавливают на опору, используя для придания устойчивости временные распорки и подкосы. Для стыковки стропил с опорным брусом в нижнем поясе стропильные ноги запиливают по изготовленному заранее фанерному трафарету, чтобы обеспечить их плотное прилегание к мауэрлату.
Запил делают только на стропилах, чтобы срез не ослабил опорный брус.
Фиксируют стропила к опоре гвоздями, уголками, скобами или деревянными коротышами. Крепление должно быть надёжным и прочным, чтобы предотвратить смещение стропил вдоль оси мауэрлата.
Крепление стропильных ног к мауэрлату является одним из самых важных соединений, от его прочности зависит долговечность крыши и безопасность людей, находящихся в доме
Видео: основные способы соединения стропильных элементов
https://youtube.com/watch?v=GbTAu5-flfsПроцесс установки стропил происходит в следующей последовательности.
- Монтаж начинают с установки ферм или стропильных пар на противоположных торцах крыши. После укрепления между ними протягивают бечёвку, которая обозначает линию конька и упрощает установку следующих фрагментов. Далее с рассчитанным шагом выставляют остальные стропильные элементы.
Уровень в виде натянутой бечёвки обозначит линию конькового хребта и упростит установку стропильных пар или ферм
- Когда стропила изготавливаются на крыше, после закрепления двух крайних пар сразу же монтируют опору конька - коньковый брус, к которому фиксируют не пары, а одиночные стропила. Однако здесь взгляды профессионалов расходятся. Одни предлагают устанавливать стропила в шахматном порядке, поскольку считают, что такая схема позволит более равномерно распределить и передать нагрузку на стены и фундамент. После монтажа одной части стропил устанавливают недостающие составляющие пары. Другие мастера предпочитают последовательное размещение каждой стропильной пары. Ну что ж, у каждого свои секреты, но при монтаже стропильного каркаса своими силами нужно исходить из простоты и удобства.
- Конструктивные элементы соединяют при помощи врубки с дополнительным креплением скобами.
Крепление стропил между собой и к коньковому прогону помимо врезок и врубок осуществляется железными скобами, металлическими уголками, саморезами и гвоздями
- При необходимости стропильные ноги удлиняют - косым прирубом с фиксацией мест соединения болтами, лобовым упором с накладками, встык, составным способом или сшивая стропила попарно.
Установка конька двускатной крыши
Коньковый узел формируют путём соединения стропил между собой в верхнем поясе. Варианты такого соединения следующие:
- с укладкой опорного (конькового) бруса, что актуально для больших и сложных по форме крыш, так как коньковый брус впоследствии станет опорой для вертикальных стоек;
При соединении конструктивных элементов без конькового прогона стропила срезаются под углом наклона скатов и крепятся гвоздями с добавочной фиксацией деревянными или металлическими накладками, а для большей жёсткости дополнительно соединяются затяжками
- с набивкой между стропилами накладок для большей прочности конькового узла;
Для обеспечения прочности между узлами крепления стропил к коньковому прогону устанавливают дополнительные бруски
- посредством врубки;
Врубка может применяться в комплексе с другими видами креплениями - «внахлёст», «шип-паз», накладками или металлическими уголками
- шарнирным способом, когда коньковый прогон состоит из двух параллельных брусьев, расположенных на расстоянии друг от друга с соединёнными над ним стропилами, но не встык, а с расщелиной между ними, чтобы обеспечить подвижность стыковки и хороший вентиляционный зазор.
Шарнирный метод соединения стропил в коньковом узле используется нечасто, хотя он весьма прост в монтаже и позволяет стропильной системе балансировать при усадке несущих стен
Видео: простая установка стропильной системы двускатной крыши под металлочерепицу
Несмотря на лёгкость монтажа и несложный расчёт, обустройство стропильной конструкции двускатной крыши всё же имеет много нюансов. Но, взяв за основу инструкции производителей, нормативные акты и рекомендации, данные в этой статье, вы без труда сможете построить прочный и надёжный стропильный каркас для своего дома самостоятельно. Удачи вам.
- с укладкой опорного (конькового) бруса, что актуально для больших и сложных по форме крыш, так как коньковый брус впоследствии станет опорой для вертикальных стоек;