Расчеты и строительство стропильной системы мансардной крыши

Оглавление

Стропильная система своими руками. Основные детали конструкции крыши

Обычная двускатная крыша представляет собой конструкцию, собранную из нескольких деталей.

  1. Мауэрлат: изготавливается из бруса сечением 100×100 или 150×150 мм. Укладывается поверх несущих стен и крепится анкерными болтами. Между материалом стены и брусом устраивается гидроизоляция. Мауэрлат предназначен для равномерного распределения нагрузки на стены по всему периметру здания.
  2. Стропильные ноги: сечение бруса для них выбирается в зависимости от планируемой нагрузки — 100×150 или 50×150 мм. Они соединяются в верхней точке треугольной конструкции (фермы) двускатной кровли. Для создания кровли в ряд устанавливается несколько ферм на расстоянии 0,6 м друг от друга (максимум – 1,2 м).
  3. Конек (коньковый брус): соединяет стропильные ноги в наивысшей точке. Стропила крепятся к коньку по бокам. При необходимости устанавливаются вертикальные подпорки, поддерживающие коньковый брус снизу. В некоторых случаях конек может быть сформирован двумя досками, прикрепленными в верхней части стропил по обеим сторонам.
  4. Стойки: вертикально установленные брусья, предназначенные для распределения веса кровли на несущие внутренние стены. В верхней части крепятся к прогону, в нижней – к лежню.
  5. Прогон – горизонтальный брус, который крепится во внутренней части стропильных ног, соединяя их середины друг с другом. С его помощью конструкция кровли становится более прочной.
  6. Подкосы: наклонно расположенные детали для дополнительного укрепления стропильных ног. Устанавливаются между стропилами и стойками каждой фермы.
  7. Затяжка: соединяет стропильные ноги в нижней части, является основанием фермы. Необходима для повышения прочности конструкции треугольника фермы.
  8. Лежень: служит опорой для центральных стоек. Необходим в случае установки стропильной системы наслонного типа. Укладывается поверх средней несущей стены. Сечение лежня — 100×100 мм.
  9. Обрешетка: различают сплошную и с зазорами. Первая представляет собой листы влагостойкой фанеры или OSB (реже – доски, уложенные встык). Обрешетка с зазорами – брусья или доски, уложенные поперек стропил с определенным шагом (зависит от вида кровельного материала).

yandex_partner_id = 53889;
yandex_site_bg_color = ‘ffffff’;
yandex_ad_format = ‘direct’; yandex_font_size = 1.0;
yandex_direct_type = ‘vertical’;
yandex_direct_border_type = ‘ad’;
yandex_direct_limit = 1;
yandex_direct_title_font_size = 2;
yandex_direct_links_underline = true;
yandex_direct_bg_color = ‘ffffff’;
yandex_direct_border_color = ‘ffffff’;
yandex_direct_title_color = ‘0C77EC’;
yandex_direct_url_color = ‘000000’;
yandex_direct_text_color = ‘000000’;
yandex_direct_hover_color = ‘CC0000’;
yandex_direct_favicon = true;
yandex_no_sitelinks = true;
(»);

Элементы стропильной конструкции

Мауэрлат – главная составляющая всей системы, своеобразный фундамент, который устанавливается по периметру стен и создает оптимальный баланс нагрузки, защищая конструкцию от непроизвольного движения в момент сильных ветров или обильных осадков. Мауэрлат можно изготовить из строганного бруса, в некоторых домах его может заменить верхняя обвязка стен.

Стропильные ноги – предназначены для удержания своеобразного сэндвича. Между несущими стропилами прокладывается лист уплотнителя, а поверх него кладется обрешетка.

Прогоны – цельные балки, которые укладываются по уровню вдоль кровли. Используются для фиксации стропильных ног. Подразделяются на несколько видов: коньковый прогон (располагается в верхней части кровли), боковой (расположен по центру несущих ног стропил).

Стойки – принимают на себе незначительный вес конструкции. Применяются для усиления упоров стропил и конька.

Подкосы – устанавливаются специально для удержания стропильных ног. Монтируются в наклонном положении. Придают сооружению дополнительную прочность.

Типы и конструкция стропил

Есть три типа стропил наслонные, висячие и скользящие.

Скользящие стропила применяются в основном только в деревянных бревенчатых домах. Их способ крепления позволят им перемещаться (скользить) вперед и назад на определенное расстояние. Это связано с особенностью деревянных домов.

Висячие стропила используются только в тех домах, где расстояния между стенами не превышает 6,5 м, так как опираются концами на противоположные стены здания.

Наслонные стропила опираются не только на стены здания, но и имеют промежуточную опору, при этом пролет между опорами должен быть 4,5 и более. Благодаря дополнительным опорам можно перекрыть пролет до 15 метров.

Опорой для стропил служит:

  • верхний венец в рубленых и брусчатых домах;
  • верхняя обвязка в каркасных домах;
  • мауэтлат (брус толщиной 100-150 мм) в каменных домах. Мауэрлат может укладываться по всему периметру здания или же только по стене, где опираются стропильные ноги.

Стропила, при необходимости, могут усилятся дополнительными элементами, такими как затяжками (ригелями) и подкосами. Это позволит избежать их провисания в процессе эксплуатации.

Инструкция для онлайн калькулятора расчета стропил

Укажите параметры деревянных стропил:

B – ширина стропила, важный параметр определяющий надежность стропильной системы. Искомое сечение стропила (в частности ширины) зависит от: нагрузок (постоянные – вес обрешетки и кровельного пирога, а также временные – снеговые, ветровые), применяемого материала (качества и его вида: доска, брус, клееный брус), длины стропильной ноги, расстояния между стропилами. Определить примерное сечение бруса для стропил можно с помощью данных таблицы (значение ширины – это большее значение из 3 колонки, например, при длине стропилины до 3000 мм и шаге 1200 мм искомое значение ширины 100 мм). При выборе ширины стропила обязательно учитывать рекомендации, наведенные в СП «Деревянные конструкции» и СП «Нагрузки и воздействия».

Длина стропилины, мм Шаг стропил, мм Сечение стропила, мм
До 3000 мм 1200 80х100
До 3000 мм 1800 90х100
До 4000 мм 1000 80х160
До 4000 мм 1400 80х180
До 4000 мм 1800 90х180
До 6000 мм 1000 80х200
До 6000 мм 1400 100х200
Читайте также:  Виды кровельного материала для крыши: их плюсы и минусы

Y – высота крыши, расстояние от конька до перекрытия чердака. Влияет на величину угла наклона крыши. Если планируется обустройство нежилого чердака, следует выбирать небольшую высоту (потребуется меньше материала для стропил, гидроизоляции и кровли), но достаточную для проведения ревизии и обслуживания (не менее 1500 мм). При необходимости оборудования жилого помещения под сводом крыши, для определения ее высоты необходимо ориентироваться на рост самого высокого члена семьи плюс 400-500 мм (примерно 1900-2500 мм). В любом случае нужно также учитывать требования СП (актуализированная редакция СНиП *). Следует помнить, что на крыше с небольшим углом наклона (маленькой высотой) могут задерживаться осадки, что негативно влияет на ее герметичность и долговечность. Однако, высокая крыша становится более уязвима к порывам сильного ветра. Оптимальный угол наклона находится в пределах 30-45 градусов.

X – Ширина крыши (без свесов), определяется шириной внешнего периметра Вашего дома.

C – размер свеса, важного конструктивного элемента крыши, защищающего стены и фундамент от осадков, определяется с учетом климатических условий Вашего региона (СП ) и общей архитектурной идеи. Для одно- и двухэтажных домов без организации наружного стока воды не меньше 600 мм. Если устроить систему водоотвода можно уменьшить до 400 мм (СНБ ). Согласно требованиям IRC-2012, пункта R802.7.1.1 (Международного строительного кода для 1-2 квартирных индивидуальных жилых домов) максимальная длина свободного свеса стропил, не требующая обустройства дополнительных опорных подкосов, 610 мм. Оптимальной величиной свеса считается 500 мм.

Z – это расстояние от верхней кромки стропила до выпила. Размер Z связан с шириной стропила простым соотношением – не более 2/3 его ширины (пренебрежение этим правилом значительно уменьшает несущую способность стропилины). Запил необходим для крепления стропила к мауэрлату – опоре, которая воспринимает нагрузки от крыши и перераспределяет на несущие стены.

Отметив пункт «Черно-белый чертеж» Вы получите приближенный к требованиям ГОСТ чертеж и сможете его распечатать, не расходуя зря цветную краску или тонер.

Нажмите «Рассчитать»

Результаты расчета:

Длина до свеса стропила – этот размер нужно использовать для разметки запила стропилины к мауэрлату.

Длина свеса покажет, как далеко необходимо выпустить стропило за пределы периметра дома для получения заданного свеса крыши (С) защищающего от непогоды.

Рассчитав общую длину стропила и свеса не сложно узнать необходимое количество пиломатериалов нужной длины и оценить сколько надо реагентов для обработки древесины от гниения.

Расчет угла и сечения стропил: угол среза – это угол, на который необходимо зарезать концы стропил для соединения между собой. Под таким же углом к грани стропилины следует отмерять начало запила. Для соблюдения одинакового угла запила на всех стропилах желательно использовать шаблон.

Методика вычисления расстояния между стропилами

Расчет точного расстояния между стропилами основывается на результатах предварительного вычисления максимально допустимого шага. Чтобы произвести это вычисление, учитывают общую нагрузку, конструкцию крыши и используемый на стропильные ноги материал.

Методика расчета шага каркаса крыши:

  1. Замерить длину крыши от торца до торца.
  2. Полученное расстояние поделить на максимальный размер шага.
  3. Полученное значение округлить до большего целого. Это количество межстропильных пролетов.
  4. Общую длину крыши поделить на количество пролетов. Это искомый размер шага стропил.
  5. К количеству пролетов добавить единицу.Это необходимое количество стропил.

Для некоторых видов кровельного материала желательно применять фиксированные расстояния между стропилами, в таком случае на одном из торцов крыши устанавливается дополнительное стропило с нестандартным шагом.

Конструкция наслонных стропил

Наслонные стропила концами опираются на стены здания, а средней частью — на промежуточные опоры. В качестве промежуточной опоры может использоваться центральная стена здания.  Наслонные стропила устраивают в том случае, если расстояние между опорами не превышает 6,5 м. Наличие дополнительной опоры позволяет увеличить ширину, перекрываемую наслонными стропилами до 12м, а двух опор — до 15м.

Стропильные ноги висячих стропил, упираясь друг в друга в коньке, создают значительное горизонтальное давление, которое передается стенам. Нижний пояс стропильной фермы (затяжка) гасит распор.

В деревянных строениях стропильные ноги опираются на верхние венцы (рис. 3), в каркасных — на верхнюю обвязку (рис. 4). В каменных домах в качестве опоры для стропильных ног используется мауэрлат — брусья толщиной 140—160 мм (рис. 5).

 (рис. 3) Опирание наслонных стропил в деревянных брусчатых или рубленых зданиях: 1 — шип; 2 — стропильная нога

 (рис. 4) Опирание наслонных стропил в деревянных каркасных зданиях: 1 — балка перекрытия; 2 — стропильная нога

 (рис. 5) Опирание наслонных стропил в каменных зданиях: 1 — мауэрлат; 2 — стропильная нога; 3 — затяжка; 4 — чердачное перекрытие

Есть два варианта устройства мауэрлата: по всей длине соответствующих стен или локально в месте прохождения стропильной ноги. Чтобы избежать провисания стропильной ноги, следует устраивать в стропильной ферме специальную решетку, состоящую из стойки, подкосов и ригеля.

С ригелем стропильные ноги соединяются методом врубки вполдерева.

Крыша должна защищать стены здания от пагубного воздействия дождя и снега. Для реализации данной функции используется карнизный свес, который должен иметь длину не менее 550 мм (7).

Основные узлы

Стропильные конструкции мансардных крыш не зависимо от проекта включают в себя множество сопряжений и стыковых узлов, они соединяются между собой, врубаются в затяжку и мауэрлат, имеют вспомогательные элементы системы: ригели, бабки, опоры либо подкосы, дополнительно скрепляются скобами, болтами, хомутами. Устройство стропильной системы мансардной крыши должно предусматривать равномерное распределение всех нагрузок на основание и несущие конструкции строения.

Читайте также:  Гидроизоляция кровли гаража своими руками

Схема стропильной системы мансардной крыши, основные узлы и элементы

Основные узлы

В зависимости от архитектурного решения, определяется вид мансардной крыши, в свою очередь от конфигурации кровли зависит не только внутренний интерьер мансарды, ее полезная площадь, но и какой вид стропильной системы применим в каждом конкретном случае: висячий или наслонный.

Наслонная система, опирание ноги на коньковый брус и мауэрлат

Наслонные стропильные ноги опираются на несущие стены мансарды, а в середине поддерживаются промежуточными опорами, в таких системах нагрузки передаются исключительно на изгиб. Висячие опираются только на мансардные стены, обычно устанавливаются при монтаже мансардного этажа, где нет внутренней несущей стены, они не создают горизонтальную нагрузку, только на сжатие и изгиб.

Основные узлы

Висячая система устраивается, если расстояние между опорами-стенами не более 6,5 м, установка дополнительной опоры дает возможность перекрыть мансарду шириной до 12 метров, если требуется перекрыть более широкий участок, то на каждые 3 метра устанавливается своя опора.

Висячие и наслонные стропила мансардной крыши

Если по проекту мансарды предусмотрен не один, а несколько уклонов, как в классической мансардной крыше, то обычно чередуются висячие (верхние) и наслонные (нижние) стропила.

Основные узлы

Посмотрите, как устанавливается стропильная система мансардных крыш, видео урок поможет разобраться во всех тонкостях устройства ломаной конструкции.

Несущие элементы системы обеспечивают прочность и устойчивость всей конструкции мансардной крыши. У мансардной крыши несущими элементами являются: обрешетка, стропила, мауэрлат. Конструктивные особенности системы определяются  видом мансардной крыши: односкатной, вальмовой, многоскатной, щипцовой и пр.

Стропильная система мансардной крыши, схема расположения узлов односкатного перекрытия

Основные узлы

Форма крыши мансарды зависит от перекрываемой площади и архитектурного замысла, для обустройства полноценной мансарды лучше выбирать простые виды мансардных крыш, чтобы балки и стойки не загромождали пространство внутри.

Мансарда, стропильная система вальмовой четырехскатной крыши

Основные узлы

Инструкция к калькулятру

Исходные данные

Условия эксплуатации:

Срок службы — здесь указывается срок, на протяжении которого конструкции должны исправно работать.

Про остальные параметры (длины (L и L0), шаг стропил (K), высоты крыши (Н, Н1 и Н2)) и так все понятно. Здесь просто нужно смотреть на рисунок.

Характеристики стропилин:

Для справки, стропилина — это одна из досок стропил.

Материал — здесь выбирается порода дерева, из которой будут изготовлены стропилины, а впоследствии и стропила.

Ширина (B) и высота (D) — размеры сечения стропилины.

Сорт древесины — здесь выбирается сорт древесины, из которого будут изготовлены стропилины.

Пропитка — ставится «Да», если древесина будут подвержена глубокой пропитке антипиренами под давлением.

Нагрузка:

По СНиП «Нагрузки и воздействия» нагрузка на стропила может быть неравномерной. Другими словами, стропилина слева может быть нагружена больше, чем стропилина справа (подробнее об этом в статье: сбор нагрузок на кровлю и стропила). Поэтому, если рассчитывается лишь одна стропилина, то нормативные (qн)  и расчетные (qр) нагрузки берутся максимальные (в нашем случае слева). А если расчет стропил крыши производится так, как в случае с затяжками (когда рассчитывается стропило целиком), то нужно указывать и нагрузки слева (qн1, qr1) и нагрузки справа (qн2, qr2).

Результат

Длины (L1 и L2) — расчетные длины стропилин.

Углы наклона (P, P1 и P2) — углы наклона стропил и подкоса. В случае с подкосом угол наклона Р2 желательно делать в пределах 45-53°.

Реакции (VA, VB и VC) — реакции, возникающие на опорах.

Усилия (NA, NC, ND и NE) — усилия, возникающие в затяжке.

Гибкость стропилины — параметр необходимый для расчета стропил на сжатие.

Расчет по прочности:

Gстропил. — напряжение, возникающее в стропилах.

Rтреб — требуемое расчетное сопротивление древесины. Если возникающее напряжение превышает его, то стропилы по прочности не проходят. В этом случае нужно, либо уменьшать шаг стропил, либо увеличивать их сечение.

Запас — в случае, если Gстропил.>Rтреб, то здесь показывается на сколько превышено напряжение в стропилах; в противном случае (Gстропил.<Rтреб) в данной графе отображается запас прочности.

Примечание: в случае, если стропилина имеет три опоры, то расчет по прочности производится в двух вариантах:

  • Вариант 1 — на усилия и момент, возникающие на средней опоре.
  • Вариант 2 — на усилия и момент, возникающие в большем пролете (L1 или L2).

Расчет по прогибу:

В принципе, если Вы строите дом себе, то на него можно не обращать внимания при условии, что стропила по прочности проходят.

Fстропил. — прогиб, который возникает под действием нагрузок.

Fmax — максимально допустимый прогиб для стропил.

Запас — здесь отображается, либо процент запаса (положительная цифра), либо на сколько действительный погиб стропил крыши превышает максимально допустимый (отрицательная цифра).

Виды ног системы

По нагруженности на участках системы стропил бывают:

Виды ног системы
  • С висящими стропилами. В верхней части они упираются друг в друга, внизу ставятся на мауэрлат. Соединены растяжкой для уменьшения усилия распора. Применяются для двухскатных крыш с пролетом не более 6 метров.
  • С наслонными стропильными ногами. Снизу опора — мауэрлат, вверху — прогон коньковый, поддерживаемый стойкой или внутренними стенками. Подходят для крыш с любым уклоном, пролет которых около 15 метров.
Виды ног системы

Участок, где стропило соединяется с кровлей, называется узлом опоры. Не обязательно статичный, может быть динамичным, если на составляющие редко действует нагрузка. Встречаются соединения с различной степенью свободы.

Виды ног системы
Виды ног системы

При нулевой окончания жестко закреплены углом с двух сторон и остаются неподвижными. Одна степень свободы дает балке вращаться вокруг. В узле опоры с двумя степенями у элемента каркаса есть возможность не только вращаться по оси, но и смещаться. В этом помогают специальные крепления стропильных ног к балке или мауэрлатам. При узле шарнирном, имеющим трехстепенную свободу, изделие может смещаться как вертикально, так и горизонтально, но возможно отсутствие кругового вращения.

Виды ног системы

Главные узлы соединения: ферма, коньковый узел, компонент из прогона, лежня, скрепление мауэрлата со стропилами, звено из подкоса и стойки. Фермы собирают на земле, а затем ставят на крыше. Это позволяет точно состыковать детали.

Виды ног системы

Соединяются деревянные элементы за счет различных срезов, выемок, вырубок либо металлических крепежей. Для установки стропильной системы берут саморезы, стальные уголки, болты с гайками, стяжки из проволоки большого сечения, пластины из металла, монтажную ленту с отверстиями, кронштейны, уголки с усилением.

Виды ног системы

Металлические пластины встречаются для гвоздей и перфорированные, в которых есть достаточно отверстий для шурупов или саморезов. Первый вид используется на заводе, так как молотком пластину вбить в стропило самостоятельно невозможно из-за необходимости создания равномерного давления. Как крепежный материал иногда применяются деревянные бруски, накладки.

Виды ног системы

Как рассчитать систему стропил вальмовой крыши

Расчет несущей конструкции является основным этапом проектирования крыши. Малейший просчет в расчетах может быть причиной деформации или разрушения кровли.

Читайте также:  Как отремонтировать крышу? Ремонт мягких битумных кровель

После изучения конструкции крыши необходимо рассчитать угол наклона системы стропил. Чем он выше, тем большему воздействию ветров подвержена кровля, но от снега и наледи очищается самостоятельно.

Величина угла наклона скатов может быть 5-60 градусов, она зависит от нагрузки ветра и снега.

После определения угла наклона следует начинать расчеты определения основных нагрузок, которым подвержена крыша. К ним относятся вес самой кровли и природные явления – ветер и осадки.

Общее значение веса несущей конструкции, обрешетки, покрытия и утепления делят на площадь всех наклонных плоскостей. Полученная величина показывает нагрузку на 1 м2 кровли. Для жилого дома она должна выдерживать нагрузку в 45-50 кг/м2. Этот показатель одинаковый для любой местности.

Осадочные нагрузки разнятся в зависимости от местности и составляют 80-150 кг/м2. Эту величину можно узнать, используя «Строительные нормы и правила».

Значение нагрузки необходимо помножить на корректировочный коэффициент:

  1. На 1.0, когда угол наклона не превышает 25 градусов;
  2. На 0.7, если значение угла 25-60 градусов.

Если кровля подвергается регулярным сильным снегопадам, рекомендуется установка двойных опор или сплошной обрешетки.

Как рассчитать систему стропил вальмовой крыши

Определение ветровой нагрузки подразумевает использование коэффициента давления ветра.

Показатель нагрузок (ветровой и снеговой) умножают на индекс, равный значению шага стропил. Шаг стропил определяется в метрах.

Завершающим этапом является расчет количества и критериев материалов.

После вычисления всех нагрузок на 1 м2 и на площадь всей кровли, определяют сечение опор (наименьшие значения):

  1. Мауэрлат – 10*10 см.
  2. Затяжки и прогоны – 5*15 см.
  3. Кобылки, подкосы, ригели – 10*10, 15*15 см.

Количество балок, на которых крепится обрешетка и дополнительные элементы вычисляется длиной кровли. Например, длина крыши 12 м, шаг между стропилами 1 м. Исходя из этого, понадобится 24 строительные ноги, по 12 на каждую сторону.

При проведении расчетов для объемных проектов рекомендовано использовать специальные компьютерные программы для проектирования.

Все полученные показатели необходимо нанести на чертеж.

Важные моменты при монтаже стропильной системы

Затяжка для стропильной системы выполняется из досок, соединенных между собой. Каждая доска обрезается до нужной длины. Для фиксации используют гвозди, гайки и шпильки со стропилами.

Чтобы предотвратить прогиб затяжки, потребуется ее соединить с коньком.

Следующий шаг предусматривает изготовление карнизных свесов. Стропила с недостаточной длиной для обустройства свесов наращивают искусственным способом. Для этого применяют доски-кобылки.

Длина 1 доски должна быть больше 40 см. Строители рекомендуют использовать в этих целях доски длиной в 60 см. Ее ширина может быть меньше ширины стропил.

«Кобылку» крепят к стропилам гвоздями. При этом соблюдается определенный просвет.

Чтобы его заполнить, потребуется прокладка-вкладыш. Если карнизные свесы установлены, то стропила окончательно крепят к мауэрлату. Для этого применяют металлические полосы, которыми оборачивают справа и слева стропильные ноги.

Полоса крепится к конструкции гвоздями либо шурупами, глубина которых составляет 30 см. Подобная технология предотвращает возможный срыв крыши при плохой погоде. Полосу можно заменить стальной проволокой, толщина которой превышает 6 мм.

Процесс монтажа стропильной системы крыши начинается с подготовительных работ. Надежность и внешний вид кровли зависят от качества установки стропил.

Устройство стропил четырехскатной кровли.

Различные варианты конструкции системы с наслонными стропилами

На фрагменте «а» показан самый простой вариант, который, кстати, на небольших длинах стропил (до 5 метров) может даже не иметь показанных подкосов – достаточно ряда центральных стоек под коньковым прогоном

С увеличением ширины здания система, естественно, усложняется, и появляются дополнительные упрочняющие элементы – затяжки и подкосы (фрагмент «б»).

Фрагмент «в» наглядно демонстрирует, что внутренняя капитальная стена не обязательно должна располагаться ровно по центру, под коньком. Вполне возможен и такой вариант, как показан на иллюстрации, но с условием, что смещение лежня относительно конька не превысит одного метра.

Различные варианты конструкции системы с наслонными стропилами

Наконец, фрагмент «г» показывает, как может опираться система стропил в здании большого размера, но имеющим две капитальные перегородки внутри. Расстояние между такими параллельными лежнями может доходить до трети ширины здания.

Система с висячими стропилами

Графически эту схему крыши можно изобразить примерно так: