Расчет стропильной системы
Как произвести на крышу, чтобы конструкция успешно справлялась с нагрузками? Занимаясь строительством дома своими руками, подготовку кровельной системы можно выполнить самостоятельно. Но потребуется произвести ряд расчетов, сложность которых напрямую зависит от конфигурации кровли. Если расчет односкатной или двухскатной крыши достаточно просто сделать самостоятельно, четырехскатные и сложные ломаные кровли требуют профессионального подхода при проектировании.
Размеры элементов стропильной конструкции и их расположение обусловлены:
- типом и размерами крыши;
- углом наклона скатов;
- типом кровельного покрытия;
- шириной утеплителя;
- параметрами атмосферной нагрузки.
Чтобы понять, как рассчитать стропила крыши, рекомендуется ознакомиться с действующими нормативными документами. В России это СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия», а также приложенные к «Изменениям к СНиП 2.01.07-85» карты снеговых и ветровых нагрузок в регионах страны. В зависимости от атмосферных нагрузок в расчеты вносятся поправочные коэффициенты.
Сечение и размеры стропильных ног напрямую зависят от характеристик выбранного кровельного материала и угла наклона кровли. Малый угол наклона способствует накоплению снега (это требует применение мощных стропил), но снижает ветровую нагрузку, а у крутых крыш повышена парусность. Выбор типа кровли влияет на угол наклона скатов крыши, помимо этого, необходимо учитывать вес требуемой обрешетки, а также самого кровельного материала.
Значения для расчетов
Нельзя выполнять расчеты не зная те или иные показатели, верно? Поэтому перед началом необходимо убедиться, что вы имеете четыре основных значения.
- Нагрузка на 1 квадратный метр
- Параметры кровельного материала
- Шаг стропильных ног
- Наклон стропила
Помимо всех этих показателей главной задачей любого проекта является расчет максимально допустимой нагрузки на кровлю. В нее входят довольно много значений и вот список элементов, масса которых особенно важна при расчете:
- Стропильные ноги
- Обрешетка
- Кровельный пирог
Если вы далеки от строительной отрасли, то вам придется запомнить, что расчет максимальной нагрузки на крышу состоит из двух частей. В первой учитываются все используемые материалы, а во второй находится снеговая нагрузка вашего региона. Ее значение написано в специальном справочнике, который вы без проблем можете найти в сети.
Но даже на этом показатели будут не точные, ведь вы забыли про ветровую нагрузку и вес самого рабочего, который будет проводить монтажные работы и последующее обслуживание (ремонт, чистка).
При разработке проекта строительной организацией они пользуются сложными формулами сопромата, поэтому если вы не хотите забивать этим голову, можно воспользоваться рекомендациями опытных людей.
Главные конструкционные элементы стропил
Любой хозяин, планирующий возведение стропильной системы, обязан быть в курсе, из чего она состоит.
- Мауэрлат. Основа всей конструкции. С помощью этого элемента устанавливается правильная нагрузка на все несущие элементы дома.
- Стропильная нога. Задет наклон скату, придает крыше привлекательный вид, надежно закрепляет конструктивные части системы.
- Затяжка. Не позволяет «расходиться» ногам. Крепко удерживает их в нижней части.
- Прогон. Крепит стропильные ноги в верхней части системы (коньковый прогон) и по бокам (боковой прогон).
- Обрешетка. Монтируется строго перпендикулярно относительно балок. Изготавливается из обрезанного бруса или досок.
- Стойки/подкосы. «Добавляют» ногам еще больше стойкости.
- Свес. Защищает основные конструкции здания от различных природных осадков.
- Конек. Место, в котором закрепляются скаты.
- Кобылки. Создают свес. Необходимы в случае, когда стропила не имеют необходимой длины.
Детали стропильных систем на примере двускатной крыши, которые можно использовать для различных конструкций крыши
Давайте разберемся с таким составным элементов стропильной системы, как ферма. Ее делают плоской, и, помимо растяжки, в нее включаются раскосы и сами балки. Закрепляются все эти детали таким образом, чтобы нагрузка на главные конструкции шла вертикально.
В случае, когда пролет довольно большой, то ферма делается из нескольких составляющих. Нижняя часть фермы – потолок чердака. Точное число ферм определяется после серьезных расчетов на каждом конкретном объекте.
Подготовка к монтажу
Прежде чем поставить стропила, их следует подготовить к монтажу. Для этого проделывается следующая работа:
- Первым делом следует проверить качество материала. Стропила должны быть ровными, без следов плесени. Также материал должен обладать определенной влажностью, которая должна составлять 10-15 процентов;
- Стропила изготовлены из древесины. Данный материал «боится» плесени, влаги, насекомых и огня. Поэтому, перед тем как ставить стропила на двухскатную крышу, их следует обработать. Для этих целей используются специальные пропитки. Чтобы стропила хорошо пропитались, их желательно предварительно очистить от пыли и грязи;
- Также следует подготовить и крепежные приспособления. Чаще всего чтобы установить и закрепить стропила на двухскатной или другой крыши используют гвозди. Кроме того, дополнительно можно применять металлические скобы, специальные планки и стальную проволоку.
Ну и конечно нельзя обойтись без инструментов. В первую очередь – это обычный набор плотника. Также понадобится электро- или бензопила. Чтобы поставить стропила вам придется передвигаться по крыше. Поэтому, между балками перекрытия нужно расположить доски. Также нельзя забывать про безопасность. Лучше всего для монтажа стропил использовать строительные леса, если их нет, то применяют лестницу достаточной высоты и прочности.
Проектирование конструкции
Разработка конструкторской документации позволяет произвести расчет потребности материалов. На начальном этапе требуется задать угол установки стропил с учетом типа кровельного материала. Необходимо избегать сращивания балок, поскольку линия стыка снижает прочность каркаса. При определении потребности предусматривают запас материалов в пределах 10% (например, на случай брака при нарезке заготовок).
Проектирование двухскатной крыши.
Выполнение расчетов
Для проведения расчетов можно использовать онлайн-калькулятор, позволяющий:
- определить площадь крыши и массу каркаса (с учетом размеров бруса);
- высчитать угол установки скатов с учетом характеристик кровельного материала;
- найти длину направляющих и минимальное сечение бруса, который выдержит расчетные нагрузки;
- высчитать число вспомогательных элементов для выполнения обрешетки или заделки фронтонов.
Собственнику дома необходимо определить габариты помещения и толщину стен, от которой зависит сечение бруса несущей рамы. Если планируется установка слоя гидроизоляции или теплозащиты, то следует включить в расчеты материал на обустройство дополнительной обрешетки.
Устройство стропильной системы двухскатной крыши своими руками
Перед тем, как начинать устройство стропильной системы двухскатной крыши своими руками необходимо определиться с ее типом и рассчитать потребность в материалах. Висячую систему устраивают в тех случаях, когда в конструкции здания не предусмотрена внутренняя несущая стена, или если необходимо просторное чердачное пространство, например для строительства мансарды. Количество пиломатериала рассчитывают, исходя из площади перекрытия и высоты крыши.
Стропильные ноги можно скрепить между собой на земле, а не «по месту». Это дает возможность более точно выдержать углы по шаблону. В случае висячей конструкции, этот способ единственно возможный. Смонтированные на земле треугольники просто устанавливаются на предназначенные для них места и закрепляются.
Монтаж стропильной системы своими руками
Порядок проведения работ при сооружении стропильной конструкции может быть следующий:
установка и крепление мауэрлата на наружные стены. Он укладывается с той стороны, куда планируется делать наклон крыши. Предпочтительно, чтобы эти стены были параллельны внутренней несущей стене здания. Под брус необходимо положить слой гидроизоляции любого типа;
укладка лежня производится аналогично сооружению мауэрлата;
Устройство стропил для сруба
на лежень вертикально устанавливаются стойки. Закрепить их можно в паз или металлическими уголками. От высоты стоек напрямую зависит угол, под которым наклонена кровля, поэтому если требуется сделать крышу с заданным углом, то вычислить высоту стоек можно с использованием простейших тригонометрических формул. К примеру, для угла в 45 градусов, необходимо, чтобы высота стоек была равна расстоянию между мауэрлатом и лежнем. Расстояние между стойками должно соответствовать желаемому расстоянию между стропилами двускатной крыши;
-
все стойки соединяются между собой коньком, который должен лечь строго горизонтально.
На этом устройство основных несущих элементов можно считать законченным. Следующим этапом в устройстве стропильной системы двухскатной крыши своими руками является установка стропил.
Стропильная система для двухскатной крыши
Установка стропил двухскатной крыши своими руками
Как уже было сказано ранее, стропильные ноги можно скреплять между собой внизу на земле. Для этого изготавливается шаблон из небольших брусков с заданным углом и длиной. Затем по нему делается необходимое количество стропильных ног. Если система висячая, то они еще соединяются затяжками. После этого производится установка стропил двухскатной крыши своими руками на место и закрепление их на коньке.
Схема строения стропил для двухскатной крыши
Крепление стропил к мауэрлату
Обеспечить надежность всей конструкции можно, только если все соединения и крепления выполнены грамотно и качественно. Одним из самых ответственных мест во всей конструкции является точка, где стропильная нога контактирует с мауэрлатом. В этом месте равнодействующая всех сил, действующих на кровлю, направлена в направлении стропильной ноги, «смотрящей» под углом вниз. Поэтому стропила со временем могут разъехаться. Задача стоит такая, чтобы эту равнодействующую направить перпендикулярно стен, то есть в направлении действия силы тяжести.
Сделать это можно двумя способами:
Упереть стропильную ногу под углом в мауэрлат и прибить гвоздями. В этом случае нужно будет делать кобылки, так как свес не образуется.
Сделать прямоугольный вырез в стропильной ноге, которым она будет упираться в мауэрлат. Такая конструкция более надежная.
Удлинение стропильных ног с помощью кобылок
Крепление стропил к мауэрлату любым из этих способов позволит избежать деформации стропильной конструкции.
Устройство обрешетки и мелких элементов
Когда вся основная конструкция уже установлена и нет сомнений в ее надежности, можно приступить к монтажу остальных элементов. Вначале можно закрыть фронтоны досками. Это позволит обрезать пиломатериал «по месту» более ровно. Если требуется монтаж кобылок для устройства свеса, то производятся и эти работы. К кобылкам крепят карнизную доску и подшивают карниз.
Обрешетку делают из досок с необходимым шагом или сплошную. Начиная с нижней, прибивают доски на нужном расстоянии друг от друга. Первая доска должна быть прибита строго параллельно карнизу.
Если нет возможности приобрести большое количество обрезного материала, то обрешетку можно делать и из необрезной доски
Важно только, чтобы кора была удалена, а первая доска все равно была обрезная
Монтаж стропил двускатной крыши дело ответственное, так как от этого зависит прочность и долговечность всей сооруженной конструкции. Выполнить эту работу нужно качественно.
Установка и крепление стропил
Поскольку стропила находятся в наклонном положении, они постоянно испытывают нагрузку, действующую по двум направлениям. Первая вертикальная и стремится согнуть балку. Напряжение нарастает, когда на крышу начинают действовать дополнительные нагрузки в виде ветра, снега и людей. Проблема решается монтажом подкосов, переносящих вес на лежни и мауэрлат. Вторая сила стремится растянуть стропильные ноги по сторонам. Эта проблема характерна, как для висячих, так и наслонных систем. Решить ее можно только с помощью крепкого соединения фрагментов конструкции по периметру здания. Поверхностная фиксация метизами здесь не подходит, их вырвет, так как дерево материал мягкий, или разорвет.
Влияние формы крыши на тип стропильной системы
Мы уже говорили выше о том, как те или иные особенности крыши влияют на особенности внутреннего ее строения, поэтому ниже приведем различные варианты конструкций для двухскатных и вальмовых крыш. Для двускатных вариантов чаще всего используют самый простой, но, тем не менее, действенный вариант, который обеспечивает достаточную надежность крыши. В данном случае речь идет о нежилом чердачном помещении.
У крыши сложной формы более сложная стропильная система
Конструкция крыши образуется двумя скатами и двумя фронтонами. Скаты создаются стропильными ногами, опирающимися на 3 точки: конек, подстропильная нога и мауэрлат. Сам коньковый прогон выполняется из бруса и поддерживается с помощью стоек. Стойки опираются на лежень. Для того чтобы снизить нагрузку, передаваемую на стены, устройство стропил производят с использованием затяжек.
Этот элемент выполняется из бруса, причем его толщина зависит от высоты установки. Самая тонкая затяжка может располагаться в нижней части конструкции, а с ростом высоты нужно увеличивать и прочность данного элемента.
Вальмовые крыши пользуются сегодня не меньшим спросом, поэтому отметим основные особенности их устройства. Здесь используется три типа стропил:
- обычные. Это элементы конструкции скатов, которые опираются на коньковый брус и мауэрлат;
- вальмовые. Короткие стропила опираются на диагональные элементы. Их верхние части соединяются с частями стропильных ног, расположенных на соответствующей позиции на главных скатах;
- диагональные. Их всего четыре и они опираются на углы постройки нижними частями, а верхними соединяются с коньковым брусом. В качестве альтернативного варианта часто используется крепление к доске, расположенной на крайних стропилах главных скатов.
Если вы планируете построить новую крышу для дома или отремонтировать старую, то приведенная здесь информация поможет выполнить эту работу с минимумом проблем, а для получения дополнительной информации про узлы стропильной системы вы можете изучить другие статьи, представленные на нашем сайте.
Монтаж стропильной системы
Двускатная крыша дома своими руками делается строго пошагово. После монтажа мауэрлата переходим к сбору и установке стропильной системы. У нашего варианта крыши эта конструкция представляет собой А-образный элемент, работающий по принципу распора. Следует предусмотреть нагрузки, поэтому перед установкой системы необходимо укрепить противоположные стены. Для этого используется брус (сечение можно подобрать аналогичное с мауэрлатом), который крепится на уровне потолочных балок.
Кстати, потолочные балки укладываются перед установкой стропил. Крепление балок производится с помощью уголков. Шаг установки потолочных балок зависит от технических особенностей вашего дома, но не должен составлять меньше 30 см. Фиксируйте балки надёжно и постоянно проверяйте прочность конструкции.
Далее на перекрытие укладываются лежни — дополнительные элементы жёсткости, которые будут играть роль опор для стоек крыши. Поле этого переходят к сборке стропильной системы и её установке.
Если есть возможность поднять довольно тяжёлый груз на уровень крыши, сборку системы можно проводить на земле. В ином случае система собирается на потолочных перекрытиях. Берём необходимые для стропильных ног брусы и формируем треугольную конструкцию, соединяя детали гвоздями. Треугольник устанавливается стропилами на мауэрлат. Будьте внимательными и обязательно учитывайте желаемую высоту крыши сразу, чтобы в дальнейшем не пришлось переделывать треугольники. Не забывайте проверять вертикаль установки при помощи уровня и надёжно фиксируйте конструкции во избежание перекосов. Временно можно использовать дополнительный крепёж в виде прибитых досок, которые в конце работ можно легко демонтировать.
Важно: В первую очередь устанавливаем боковые конструкции с каждой стороны дома
Жёстко крепим стропильную ногу к мауэрлату. Для этого используем металлические накладки. У вас должна получиться надёжно закреплённая треугольная конструкция, которая будет выступать своеобразным «шаблоном» для продолжения работы. Учитывая размеры бруса и угол наклона стропил, собираем новые треугольники и поочерёдно устанавливаем их на мауэерлат. Количество и шаг стропил зависит от размера крыши.
Боковые стороны треугольника укрепляем поперечными досками (прибиваем их по центру каждой из сторон) и устанавливаем стойки на лежни. Они будут играть роль дополнительной опоры и будут препятствовать деформации крыши. К верхней части всей системы крепим коньковой прогон.
Крепление верхних концов стропильных ног можно выполнять способами, указанными на рисунке.
Конструкция стропильной системы двухскатной крыши ‒ Основные элементы кровли
Конструкция стропильной системы двухскатной крыши, состоит из множества элементов. Монтаж следует начать только, после подробного изучения каждого из них, а также, правильного определения, оптимального их сечения. Поэтому, далее, мы подробно разберем каждый элемент, кровельного сооружения…
Стропильная система двухскатной крыши ‒ Мауэрлат
Во время монтажа элементов, под металлочерепицу или другого покрытия, рекомендуется использовать брусы, с сечением 150 на 150 или 200 на 200 мм. Именно такие размеры, позволяют более качественно распределить нагрузку. Далее, требуется определиться с способом закрепления конструкции. Он зависит от стройматериала стен здания. Существует несколько, оптимальных вариантов фиксации:
Схема крепления мауэрлата к стене
- Каркасные, брусовые или бревенчатые стены, как правило, не требуют установки мауэрлата. Например, в каркасном здание, опорой для стропильных ног, служит верхняя обвязка стен. А вот у дома из бруса или бревна, мауэрлатом является, верхний венец. И в первом, и во втором случае, главное, выполнить грамотно и надежно, закрепление элементов к стенам.
- При сооружение кровли на зданиях из легких бетонов, нужно дополнительное обустройство. К легким бетонам, относят следующие стройматериалы: пенобетон, шлакобетон, керамзитобетон и т.п. Подобные стены быстро разрушаются, если опереть на них крышу, не равномерно. Для равномерного распределения нагрузки, требуется, по обрезу стен, провести заливку монолитного железобетонного пояса. Во время обустройства пояса, закладывается специальная проволока, шпильки или болты, на которые, далее, надежно крепят мауэрлат.
- Для кирпичных коробок, железобетонный пояс, можно не делать. Для этих целей, чтобы соединить с обвязочным брусом, в кладку заводят проволоку. С ее помощью, далее, оборачивают мауэрлат вокруг и закручивают. Второй вариант – в кладку, за один ряд до обреза стен, с внешней стороны, заводят, пропитанные антисептиком, деревянные брусы. Далее, мауэрлат и брусья, скрепляют, с помощью скоб. Возможно также, использование шпилек и болтов, но для закрепления их, уже потребуется заливка монолитного пояса.
Стропильная система двухскатной крыши ‒ Стропила
После надежной фиксации мауэрлата, устанавливаются стропильные ноги. Оптимальное сечение стропильных ног, определяется, в зависимости от шага несущих балок, их пролета, снеговой нагрузки и будущего настила крыши. При монтаже каркаса, под металлочерепицу, при шаге, к примеру, в 600 мм, рекомендуется, в зависимости от пролета, соблюдать следующие параметры:
- 3 м – 40 на 150 мм;
- 4 м – 50 на 150 мм;
- 5 м – 50 на 175 мм;
- 6 м – 50 на 200 мм.
Таблица средних значений стропильных ног
Представленные параметры, имеют средние значения. Чтобы иметь более точные расчеты, лучше обратится к специалисту или дополнительно, прочитать и изучить, специальную литературу.
Выполнить качественно, фиксацию стропильных ног к мауэрлату, в основном, можно двумя способами:
- С зарубкой;
- без нее.
Крепление стропильных ног к мауэрлату с зарубкой и без
В первом варианте, выполняется запил на обвязочном брусе, а во втором, к стропиле прибивают специальную дощечку, которая становится упорным приспособлением. Далее, закрепление, для всех способов, выполняют одинаково. При помощи металлических уголков, наклонную балку, чтобы она не смещалась относительно проектного положения вдоль мауэрлата, надежно фиксируют. Или-же, дополнительно вбивают под углом, обычные гвозди.
Схема крепления стропил при помощи проволоки и на скобы
Помимо этого, требуется качественно, скрепить стропило со стеной. Правильное выполнение действий, предусмотрено в нормативных документах. В основном, производить скрепление, можно двумя способами:
- На скобы (для деревянных построек);
- При помощи скрутки из проволоки (для каменных стен дома).
Выполнять закрепление, по строительным нормативам, следует через одну ногу. Такой подход, позволит более надежно закрепить крышу к коробке, капитального строения. Если провести монтажные работы правильно, на должном высоком уровне, то можно не переживать за ее техническое состояние, даже в самый сильный ветродув.
Стропильная система двухскатной крыши ‒ Стойки, стяжки, подкосы
Элементы стропильной системы двухскатной крыши, как стойки, стяжки и подкосы, в основном, делают из досок. Оптимальные параметры толщины, как правило, от 32 до 50 мм. Исключением, могут являться – стойки. Здесь уже, допускаются доски и большей толщины: от 50 до 100 мм. Как показывает практика, лучше всего, крепление производить на шпильки или с применением опорных брусков. Оптимальный вариант, в основном, зависит от конструкционных особенностей, кровельного сооружения.
Дополнительные элементы
Для создания максимально прочной крыши, каждая составная часть конструкции должна очень прочно соединяться с каркасом и остальными элементами
При этом крайне важно учитывать силу ветра и направление возможных механических нагрузок
Более того, стоит обращать внимание еще и на древесину. Она может растрескаться из-за пересыхания
Поэтому важно создать такую конструкцию, в которой каждый элемент будет «работать» максимально слаженно. Раньше все конструкционные элементы стропил закреплялись врубками
Но, это было не слишком «дешевое и экономичное удовольствие», так как необходимо брать деревянные элементы большого сечения
Раньше все конструкционные элементы стропил закреплялись врубками. Но, это было не слишком «дешевое и экономичное удовольствие», так как необходимо брать деревянные элементы большого сечения.
Способы крепления стропил к мауэрлату и коньковому прогону
Так, сегодня для крепежа используются не врубки, а специальные болты и нагели:
Накладки из металла с атникоррозийным покрытием – еще один вариант крепежей. Они монтируются на элементы системы с помощью зубчатых пластин или гвоздей. Преимущества таких креплений следующие:
- Небольшой расход на одну единицу древесины.
- Простота монтажа.
- Высокая скорость закрепления.
Перфорированные элементы крепления: углы, пластины, опора бруса
