Расчеты и строительство стропильной системы мансардной крыши

Общая характеристика и обзор стропильных систем

Различают следующие виды конструкций:

• односкатные, стропила которых смотрятся как балки с опорой на стены дома. При равной высоте стен получается плоская крыша, а при разной – наклонный скат;
• в двухскатных стропильных системах соединение стропил, образующих 2 ската, производится под определенным углом. Одной из их разновидностей является ломаная крыша, наиболее часто используемая для мансардной кровли: излом позволяет получить больше пространства;
• полувальмовые (трехскатные) имеют наиболее представительный вид и состоят из треугольного и двух трапециевидных скатов. Их монтаж – дело довольно сложное;
• вальмовые (четырехскатные) – наиболее устойчивы и хорошо сохраняют тепло. В распространенном исполнении состоят из 2 скатов в форме трапеции и 2 вальм в торцах здания. К данному типу относятся и шатровые крыши;
• различают также чердачные, бесчердачные крыши и кровли для мансарды;
• мансардные конструкции имеют свои особенности.

Конструкция стропильной системы двухскатной крыши

Стропильная система состоит из нескольких деталей, каждая из которых играет важную роль.

Кроме того, стропильная система двухскатной крыши может иметь дополнительные элементы, необходимые для укрепления конструкции:

• подкосы – брусья, расположенные под углом между стропилами и затяжкой;
• бабки – балки, установленные вертикально по центру стропильной системы (необходимы для крыш, ширина которых в пределах 6,0 – 7,5 м);
• ригель – устанавливаемая параллельно затяжке балка, стягивающая стропильные ноги (применяется для кровель шириной до 6 м).

Составные части крыши

Двускатная крыша — самая распространенная конструкция в частном строительстве. Представляет собой две плоскости, наклоненные в противоположные стороны под углом к горизонту 20-42°, соединенные в вершине — такой форме снег, дождь и талая вода стекают с поверхности крыши, не задерживаясь. При увеличении угла наклона возрастает парусность конструкции, что при сильных порывах ветра может привести к отрыву.

Несущий каркас крыши состоит из стропильной системы, которая включает элементы:

• Мауэрлат — опорная балка, расположенная по периметру дома в верхней части стен. Нагрузка от вышележащей конструкции, снега и ветра передается коробке через нее.

Крепление мауэрлата

Мауэрлат

• Стропильные ноги или стропила — наклонные элементы, которые монтируют с шагом 80-200 см и соединяют горизонтальными прогонами. Передают усилия от кровли на мауэрлат. По виду опирания их разделяют на наслонные или висячие.

Крепление стропильной ноги к мауэрлету.

• Конек — горизонтальный брус для крепления стропил, верхняя точка крыши.
• Стойки, подкосы, распорки, ригели — горизонтальные, вертикальные и диагональные элементы для придания жесткости каркасу.
• Лежень — горизонтальный брус для опирания стоек, уложенный на внутреннюю несущую стену.
• Обрешетка, настил — основание для слоев кровельного пирога, добавляет стропильной системе устойчивость.
• Кобылка — элемент, удлиняющий стропила. Применяют при недостаточной их длине для формирования свесов.
• Затяжка — потолочная балка, элемент перекрытия этажа или усиливающая стропильную систему горизонтальная связь.

По обрешетке монтируют слои гидро-, шумо- и пароизоляции, утеплитель, если чердак жилой, и кровельные материалы.

Стропильная система двускатной крыши в частном строительстве обычно изготавливается из дерева. Материал доступен, прост в обработке, позволяет возводить легкие пространственные конструкции, не перегружающие стены и фундамент.

Схемы стропильной системы двухскатной крыши.

Иногда для сооружения каркаса применяют металлический прокат — швеллеры, трубы, двутавры, уголки. Такой способ в индивидуальном строительстве используется значительно реже. Конструкции из стали дороже, сборка требует профессиональной квалификации и оборудования.

Сечения стандартных несущих элементов составляют:

• мауэрлат (лежень) — брус толщиной от 100, высотой от 150 мм, бревно диаметром 170-190 мм;
• стропила — брус 50х150, 100х150 мм, стесанные на один кант бревна, доски, уложенные на ребро;
• стойки — 100х100 мм;
• доски обрешетки — толщина 25 мм.

При больших пролетах домов и высоких нагрузках размеры сечений несущих элементов определяют расчетом на соответствующей подготовке антисептиками древесина устойчива к гниению. Специальные составы — антипирены — защищают материал от возгорания.

Помимо несущего каркаса и покрытия крыша содержит элементы:

• свесы — выступающие за пределы наружных стен продолжения скатов, оберегают ограждающие конструкции от стекающей воды;
• ендовы, разжелобки — элементы для обустройства стыков при пересечении плоскостей кровли, необходимый узел в кровлях, состоящих из нескольких двускатных форм.

С боков крышу ограничивают фронтоны — части стен треугольной формы. Чердак может выполнять функции мансарды и использоваться как жилое помещение для постоянного или временного проживания.

Полезно знать

Чтобы правильно рассчитать стропильную конструкцию мансарды, необходимо суммарно учесть 3 вида нагрузок, действующих на кровельную систему. Во-первых, следует вычислить вес самой мансардной крыши: кровельный материал, обрешетка, контробрешетка, гидроизоляция, стропила, теплоизоляционный слой мансарды, пароизоляция, чистовая отделка. Для этого потребуется знать вес каждого материала на 1м2, такие параметры указываются в инструкциях и сертификатах заводов–изготовителей.

Например, полимерно-битумной гидроизоляции потребуется 5 кг/м2, один квадратный метр минваты весит 10 кг, стандартной обрешетки из доски в 25 мм – 15 кг, ондулин приблизительно 3 кг, металлочерепица – самый тяжелый кровельный материал. При подсчете нагрузки сложите все показатели и умножьте на поправочный коэффициент 1,1.

Во-вторых, конструкция стропильной системы мансардной крыши должна выдерживать снеговые нагрузки, в некоторых районах этот показатель превышает более 500 кг на м2. Формула для расчета снеговой нагрузки:

S=Sg x µ, где

S  – снеговая нагрузка;

Sg  –  масса снега на 1м2 горизонтальной поверхности, показатель устанавливается нормативными документами для каждого климатического района в отдельности;

µ – коэффициент, зависящий от уклона крыши: угол в 25о – коэффициент 1,0, 25-60о – 0,7, если уклон выше 60о коэффициент не учитывается.

И наконец, ветровые нагрузки. Для их расчета применяется формула:

W = Wo x k, где

W – ветровая нагрузка;

Wo – нормативные данные, которые определяются индивидуально для каждого района;

k – поправочный коэффициент для разного типа местностей и высотности здания.

На основании суммарной нагрузки на стропильную систему мансардной крыши, определяется длина, шаг и поперечное сечение стропильной ноги. Далее мы привели таблицу рекомендуемых параметров для устройства стропильной системы в умеренном климатическом поясе (Московская область):

Для других элементов стропильной системы мансардной крыши существуют свои параметры:

• мауэрлат выполняется из бруса 150*150, 100*150, 100*100 мм;
• ригель – 100*200-150 мм;
• прогоны – 100*200-150-100 мм;
• енды, диагональные ноги – 100*200 мм;
• затяжка – 50*150 мм;
• подкос – 150*150, 100*100 мм.
• подшивочная доска – 25*100 мм.

Важно: Деревянные стропила должны соответствовать ГОСТу 8486-86(83). На 1 п/м ноги может быть не более 3 сучков, размер сучков не должен превышать 30 мм по длинной стороне. Сквозные трещины недопустимы. Влажность дерева менее 18%. Стропильная система двускатной мансардной крыши, чертеж основных элементов фермы

Инструменты для возведения стропильной системы

Для монтажа стропильной системы двухскатной крыши понадобятся следующий набор инструментов:

• рулетки, разной длины 5, 10, 20 метров;
• маркеры, карандаши;
• шнур, для натяжки;
• молотки, разных назначений, гвоздодер;
• ножницы, для раскроя;
• кровельный нож;
• шпатель;
• скотч;
• ножовки, электропила, электродрель с различными сверлами и насадками;
• шуруповёрт с насадками;
• разметки, уровни горизонтальный и вертикальный;
• рейки, линейки;
• пена монтажная;
• страховочный ремень и веревка – для безопасной работы.

Весь инструмент на кровле содержать в сумке для инструментов, в целях безопасности.

Преимущества и недостатки вальмовых крыш для частного дома

1. Высокий показатель жесткости конструкции. Исключена деформация, это обеспечивают угловые ребра, соединяющиеся рядом с опорными балками конька.
2. Практичная форма. Не будут скапливаться осадки. Не нужно чистить скаты.
3. Хорошее противостояние ветрам, что актуально для ураганов, торнадо.
4. Нет запрета на монтаж больших карнизных свесов по всем сторонам. Так защищают фасады от контакта с атмосферными осадками.
5. Кровельная система делает дом визуально ниже.
6. Конструкция подходит для разных типов строений и даже каркасных домов, кирпичных коттеджей.
7. Карнизные свесы не подвергаются разрушению.

Есть и отрицательные нюансы:

1. Высокая стоимость строительства, даже если возводить объект своими руками.
2. Сложная конфигурация. Необходим грамотный, индивидуальный подход, чтобы создать надежную кровлю, способную прослужить долгие годы.
3. Маленькая высота. Чердак не будет слишком высоким. Это усложняет процесс обустройства мансарды под крышей.
4. Если имеются мансардные окна, то через них на верхние этажи проникает влага. Данный минус можно устранить, прокладывая хорошую систему гидроизоляции.

На заметку!

Несмотря на столько недостатков, многие домовладельцы выбирают эту схему строения.

Расчет нагрузок на крышу

А теперь хорошо подумайте о том, какой угол крыши будет у такой веранды. Дело в том, что многое зависит, конечно же, от снеговых и ветровых нагрузок, но если речь идет именно о веранде, тогда стоит сделать крышу с такими скатами, как и у крыши дома. Потому что какой-либо иной дизайн будет смотреться нелепо. Хотя, отметим, многие архитекторы рискуют, и все-таки играют с формой двухскатных крыш пристроек в своих проектах.

Нужно сказать, порой это удачно, а порой – скорее наоборот. Поэтому, если у вас нет достаточно достаточного строительного опыта или же знакомого архитектора, делаете крышу с идентичными скатами, как и у самого дома.

Заявим со 100% уверенностью, что при строительстве дома вы или ваши предшественники тщательно просчитывали угол крыши, и в этом есть свой важный смысл. Например, угол наклона ската, при котором снежный покров практически не оказывает давление – это угол 45 градусов. А вот для ветра, чем острее крыша – тем хуже. Поэтому в северных широтах его лучше увеличить до 45-50°, потому, что снег здесь куда более опасен, чем ветер. И много-много других нюансов.

Примерный расчет материалов для такой крыше вы можете сделать бесплатно с помощью нашего онлайн-калькулятора.

Преимущества и недостатки

  В последние годы профилированные полы стали одним из наиболее часто используемых материалов в строительной промышленности. Этот тип кровли имеет много преимуществ:

• Долговременная эксплуатация;
• Экономика;
• Простая установка;
• высокой прочности;
• универсальность материала;
• легкомысленность;
• неповрежденные листы не подвержены коррозии;
• Безвредность для окружающей среды;
• Эстетика;
• широкий выбор цветов.

Берегись! Крыша будет выглядеть более декоративно, если использовать полы из гофрированного картона двух цветов.

Напольные покрытия имеют ряд недостатков:

• Как и любое другое металлическое покрытие крыши, профилированный пол производит много шума во время дождя;
• Солнечные лучи прогреваются;
• Он подвержен быстрому распространению коррозии во время резки и образования отверстий;
• Неправильный монтаж может повлиять на герметичность крыши.

Расчет необходимых элементов

Теоретически сечение каждого конструктивного элемента стропильной системы необходимо рассчитывать с учетом предполагаемых нагрузок. Однако на практике размеры принимаются конструктивно.

Сечение стропильных ног можно выбрать по таблице, приведенной на рис. 7 в зависимости от их длины и шага установки. Также рекомендуется учитывать предполагаемую толщину теплоизоляционного слоя – желательно, чтобы она совпала с высотой стропил (в случае утепленной кровли).

Рисунок 7. Таблица для выбора сечения стропил

Размеры других конструктивных элементов тоже подбираются конструктивно с учетом удобства соединения со стропильными ногами:

• Мауэрлат – 150×150 мм.

• Прогон – 150×50 или 150×100 мм.

• Стойки – 150×100 или 100×100 мм.

• Затяжки – 150×50 мм.

• Подкосы – 50×150 или 100×150 мм.

Рисунок 8. Конструктивные элементы стропильной системы

Размеры досок для обрешетки подбираются с учетом разновидности покрытия:

• Укладка металлочерепичной кровли, из профнастила и других листовых материалов выполняется на разреженный каркас из досок толщиной 25-30 мм и шириной до 150 мм.

• Гибкая черепица монтируется на сплошную обрешетку из OSB, фанеры или досок.

• Для каркаса под шифер применяется пиломатериал толщиной не менее 50 мм.

• Керамическая черепица обычно монтируется на обрешетку из брусков сечение 50х50 мм.

Изготовление каркаса

Упрощенный способ, представленный ниже, предполагает устройство мансардной ломаной крыши в 2 этапа: сборка стропильных ферм на земле и последующий монтаж на готовые стены брусового или бревенчатого дома. Конструктивным материалом выступают доски сечением 15 х 5 и 10 х 5 см стандартной длиной 6 м.

Начало сборки — формирование верхнего пояса стропильной системы

Пошагово технология выглядит так:

Совет. Как правило, на лицевых фронтонах предусматриваются окна либо двери на балкон. Стойки и пояса для их монтажа тоже удобно делать на земле, как и обшивать проемы вагонкой.

Как быстро и аккуратно собрать стропила для мансарды, рассказывается в видеоролике:

Готовые каркасы поднимаются на стены и поочередно закрепляются на своих местах, начиная от первого фронтона. Чтобы он не упал, установите распорки и прибейте их к стенам бревенчатого дома. Вторая и последующие фермы ставятся в проектное положение и соединяются друг с другом досками.

После расстановки стропила необходимо закрепить к стенам следующими способами:

Примечание. Установка на кирпичные и другие капитальные стены выполняется посредством мауэрлата – деревянного бруса, уложенного на несущие конструкции по всему периметру здания. В свою очередь, мауэрлат монтируется на шпильках или анкерных болтах, а между ним и каменной стенкой устраивается гидроизоляционный слой из рубероида. Монтажный узел выглядит так:

Следующий шаг – укладка поверх стропильной системы диффузионной мембраны – пленки, защищающей от ветра и осадков, но пропускающей наружу водяные пары из утеплителя. Раскатайте в нижней части крыши первое полотно и закрепите его к доскам степлером, следующее кладите с напуском 10—15 см. Когда перекроете всю кровлю, прибейте доски обрешетки. Подробнее монтаж показан на видео:

Сверху на обрешетку настилается кровельное покрытие – шифер, металлочерепица и так далее. Технология укладки и крепежа зависит от выбранного материала.

Что включает в себя план стропильной системы?

Чертеж составляется при помощи специальной программы. При составлении чертежа выполняются следующие действия:

1. Первыми наносятся модульные координационные сети, они позволяют привязать все данные по конструкции стропильной системы к капитальным стенам будущего дома.
2. На плане прочерчиваются все каналы вентиляционной и дымовой системы, трубопроводы, которые в процессе строительства будут выходить через стропильную систему.
3. Выполняется разработка плана будущей выбранной формы кровли. При составлении эскиза требуется учесть расположение стен.

На схеме обязательно указываются такие элементы, которые имеет кровля: ребра крыши, ендовы, коньки и прочее. Обязательно надо учитывать, какую форму примут скаты, направление и угол уклона. На чертеже указывается расположение фронтонов, слуховых окон, если они есть.

Пользуясь планом кровельной системы, строители возведут прочную и надежную конструкцию. На плане обязательно указываются параметры:

• подстропильных балок;
• мауэрлата;
• стропильных ног;
• затяжек и кобылок для крепежа ног;
• стоек с продольными подкосами, гарантирующих пространственную жесткость всей стропильной системы (на чертеже такие элементы необходимо отображать в виде штриховой линии).

Если планируется строительство стропильной системы крыши из металла, т.е. специальных оцинкованных балок, то необходимо использовать совершенно другие программы, предназначенные для проектирования. Делать это может только специалист, в противном случае при неправильных расчетах крыша не выдержит нагрузок. Шаг стропильных ног рассчитывается с учетом строительного материала, нагрузок от утеплителя. Например, для четырехскатной крыши, которая сооружается из дерева, шаг стропил может составлять:

1. При изготовлении стропильных ног из брусьев шаг составляет 150-180 см.
2. При изготовлении стропильных ног из обрезной доски шаг составляет 100-120 см.

Важно, чтобы на плане отображались вентиляционные выходы труб, так как может потребоваться усиление конструкции.

В некоторых для прохождения трубы необходимо стропильную ногу распилить, а оставшиеся концы установить на специальные деревянные перемычки, которые будут находиться между располагающимися рядом ногами. Для крепежа в данном случае используется запил. Схема стропильной системы.

Народный способ разработки макета

Для успешного результата работы очень желателен проект. Не факт, что представленные чертежи с размерами подойдут для обустройства конкретного дома. Типология в строительстве сейчас совсем не приветствуется. Если нет вообще никакой документации, лучше сделать хотя бы набросок будущей крыши, не забывая о высоте потолков в мансардном помещении. При этом:

• Следует соблюдать пропорции, ведь слишком большая мансарда может превратить небольшой дом в несуразную, похожую на гриб постройку.
• Нужно помнить, что нижняя часть мансардной крыши строится с использованием наслонных стропильных ног, а они оптически занижают свес и перекрывают верхнюю часть высоко расположенных окон. Ощутимого эффекта нависания не будет при устройстве мансарды по схеме с выносом стропил.
• Не стоит забывать, что высота мансардного помещения обязана обеспечить свободу передвижения. Именно этот ориентир требуется для правильного определения высоты стоек мансардных стенок.

Подобрать наилучшие пропорции крыши можно народным шаблонно-макетным способом. Согласно ему на ровной просторной площадке раскладываются бруски или доски, повторяющие контур строения в реальную величину. Меняя углы, передвигая составляющие, можно добиться оптимальной конфигурации. Элементы нужно зафиксировать гвоздями и тут же померить длины балок, стропил, затяжек, стоек. Полученные размеры помогут в изготовлении шаблонов.

Расчеты и планировку стропильной системы под мансардную крышу продемонстрирует видео:

Приведенные нами базовые варианты и схемы устройства мансардной стропильной конструкции помогут определиться с выбором оптимального типа стропильной конструкции.

Кровельное покрытие

Выбор типа кровли происходит на основании экономических и индивидуальных (эстетических) соображений, а также зависит от угла ската крыши. Например, для мягких кровель не гарантируется устойчивость при уклонах свыше 45°.

На сегодняшний день на рынке строительных материалов наиболее распространенными являются:

• керамическая черепица;
• металлическая черепица;
• профнастил;
• битумный шифер (ондулин);
• фальцевые листы;
• рулонная битумная кровля.

Методы монтажа различаются в зависимости от выбранного материала, однако практически во всех случаях укладка кровли происходит от карниза к коньку, чтобы обеспечить достаточный нахлест и защиту от затекания осадков. Также используемый крепеж обязательно должен быть сделан из оцинкованных или нержавеющих материалов и оснащен эластичной уплотняющей шайбой.

Сравнение кровельных материалов – таблица

Как правильно посчитать угол наклона

Основными факторами, влияющими на уклон кровли при ее устройстве, являются:

• Природные факторы — климатические условия, где планируется строительство (ветровые и снеговые нагрузки);
• Характеристики кровельного материала.

Наиболее оптимальным наклоном крыши является угол в 20-30 градусов. В снежных широтах предлагается делать уклон не менее 45 градусов.

В таком случае снег будет легко сходить с крыши. Поскольку конструкция мансардной крыши — двускатная либо ломаная двускатная, будем рассматривать угол уклона в этом аспекте.

Геометрическая форма двускатной крыши — равнобедренный треугольник, поэтому для вычисления высоты конька в зависимости от наклона скатов, следует использовать формулу тригонометрического выражения для прямоугольного треугольника.

ВАЖНО!

Устройство ломаной мансардной крыши отличается наличием на скатах граней, причем нижняя плоскость ската опускается к основанию крыши под более крутым углом.

Поэтому здесь имеется два уклона — верхний, строится в соответствии с общепринятыми нормами; нижний — крутой, в зависимости от размеров дома и полезного чердачного пространства.

Угол наклона нижней плоскости чаще всего составляет 70 — 80 градусов.

В расположенную под таким уклоном кровлю удобно монтировать чердачные окна, которые в силу своего расположения будут надежно защищены от осадков.

Углы наклона

Этап ІV. Монтаж конькового прогона

В рассчете конькового прогона отталкивайтесь от таких нюансов:

Если же в здании есть капитальные продольные стены, или хотя бы два ряда внутренних столбов, тогда прогонов делают два.

При этом многие стропильные конструкции по длине могут быть составными, а для увеличения жесткости используются же здании нет внутренних опор, тогда здесь наклонные стропила сделать не получится. А поэтому используются специальные строительные фермы, к которым чердачное перекрытие попросту подвешивается. В таком случае стержни, которые расположены по верхнему контуру ферм, образуют верхний пояс строительной ферма, а по нижнему контуру – уже нижний пояс.

Сама решетка фермы образует теперь вертикальные стержни и раскосы – наклонные стержни, которые располагаются между верхним и нижним поясом. Причем такие фермы необязательно изготавливают только из дерева, напротив, сегодня достаточно популярны стальные железобетонные. В процессе самого строительства фермы устанавливают на расстоянии 4-6 метров друг от друга.

Самый простой вариант таких ферм  – это шпренгельные, которые состоят из стропильных ног, вертикальной подвески, бабки и ширина здания достаточно большая, при установке используются строительные фермы или шпренгельные опоры. Но тогда чердачное перекрытие нельзя перекрывать балками, которые будут опираться на одни только стены. Такую конструкцию необходимо подвешивать на стальных хомутах к нижнему поясу фермы, или к затяжке, чтобы образовать, таким образом, подвесные перекрытия.

В этой фотоиллюстрации хорошо видно, как именно стропила нужно крепить к коньку и хребтам:

Как чертить план кровли

Общи сведения о построении чертежей планов крыши промышленных и общественных зданий: для построения чертежа план подразделяют на прямоугольники, согласно плану здания. Внутри прямоугольников наносят линии, которые будут обозначать коньки и ендовы – наружные и внутренние сопряжения скатов. Эти линии являются проекциями основных элементов стен, потому модель крыши лучше представит в объеме. Часть прямоугольников будет располагаться за пределами стен. Это обязательное условие к правильно выполненному плану кровли (крыши), так как они должны иметь свес.

План кровли скатной крыши отличается наличием большего числа линий-проекций коньков и ендов, так как скаты имеют большой уклон, кроме того, такие крыши часто делают сложной формы. План кровли плоской крыши часто ограничивается всего несколькими линиями.

Построение видов спереди или с боку осуществляется с учетом уклонов скатов крыши (кровли). Уклон крыши задается на этапе проектирования домов и определяется назначением здания, его типом, выбранным кровельным материалом и др.

3 правила вычерчивания плана крыши (кровли) скатной (плоской):

• пересечение двух скатов образует конек (ендову). Ее проекция на плане делит угол прямоугольники на равные части;
• если линии свесов параллельны, то линия конька будет им параллельна… ее проекция будет находиться в середине, если другое не определяет тип крыши (к примеру, если скаты не равны);
• когда в точке сходятся две линии пересечения, то через нее, скорее всего, будет проходить и третья.

Предлагаемый порядок работы в программах для черчения:

• обвести полилинией имеющийся план дома;
• скопировать его, а также контуры основных стен на чертеж с планом кровли (крыши);
• обозначить линией проекцию верхнего конька дома;
• начертить оставшиеся коньки и ендовы, пользуясь тремя правилами, приведенными выше;
• разместить на плане кровли (крыши) вентиляционные и дымовые каналы;
• разместить мансардные окна (если они имеются);
• направления водостоков, уклоны скатов, отметки;
• указать размеры на плане (по осям и контурам).

Прочитав этот урок у вас не должно оставаться вопросов на тему того, как чертить план кровли – план дома, согласитесь, что весь чертеж – это всего несколько линий! Однако вопрос: как чертить план стропил еще не решен.