Стропильная система двухскатной крыши: 2 основных вида стропил – нюансы конструкции, расчеты и этапы монтажа
Стропильная система двускатной крыши считается одной из самых простых в чисто конструктивном плане. В ее составе всего лишь несколько элементов, количество которых уменьшается или увеличивается за счет размеров самой кровли. Но при кажущейся простоте сам процесс возведения двускатной крыши требует знания некоторых нюансов, которые влияют на качество конечного результата.
Стропильная система для двускатной крыши
Что собой представляет двускатная крыша
Из названия становится понятным, что конструкция крыши – это два ската, имеющие прямоугольную форму в плоскости. Чаще скаты имеют одинаковые размеры, но существуют так называемые асимметричные конструкции, в которых скаты по габаритам отличаются друг от друга.
При этом скаты установлены друг к другу под определенным углом, который называют наклоном. Линией соприкосновения является коньковый брус, являющийся частью стропильной системы. По-простому его называют коньком, и он является наивысшей точкой крыши.
Боковые плоскости, сформированные скатами, называются фронтонами. Они имеют треугольную форму. После сооружения крыши боковины облицовывают листовыми или панельными материалами: фанера, ОСП, даже доски и прочее.
Что собой представляет стропильная система двускатной крыши
Основой конструкций скатов являются стропильные ноги, они же стропила. Изготавливают их или из пиломатериалов (брусы, доски), или из стального профиля (уголок, швеллер). В частном домостроение применяют древесину. С ней проще работать, плюс пиломатериалы дешевле.
Устройство стропильной системы двускатной крыши – это не только стропила. Кроме них есть еще несколько обязательных элементов. На фото ниже все элементы двускатной кровли показаны. Обозначим их.
Каждый из элементов кровли имеет свое назначение
Элементы стропильной системы двускатной кровли
Мауэрлат. По сути, это балка, на которую упираются стропилы. Ее назначение – равномерно распределить нагрузки от стропильных ног на стены дома. Если мауэрлат не использовать, то стропила будут давить на стены точечно, то есть в местах установки возникнут большие напряжения, которые приведет к растрескиванию стен.
Стропила, установленные под наклоном.
Конек, он же коньковый брус или прогон. Его задача – сформировать место стыковки стропильных ног. Коньковый брус – необязательный элемент двускатной крыши. Есть конструкции, в которых его не устанавливают. Но об это чуть ниже.
Затяжки. Используются не всегда, а только на висячих стропилах или, если стропильная система устанавливается на широкий дом.
Балки перекрытия, которые формируют потолок в комнате и пол в чердаке.
Одна из балок перекрытия, которую называют лежнем. Она дополнительно выполняет функции основания для опорных стоек, которые поддерживают стропила. Используется не всегда.
Опорные стойки, они же бабки, поддерживающие стропильные ноги. Их устанавливают лишь в том случае, если длина пролета дома составляет не менее 6 м.
Подкосы, они же диагональные подпорки. Их используют лишь в том случае, если опорные стойки не могут обеспечить общую надежность стропильной системы.
Есть еще один элемент, который хорошо виден на фото ниже. Это опорные стойки для конькового прогона. Их устанавливают, если конструкция стропильной системы имеет большой вес. То есть все строение собирается под тяжелый кровельный материал, к примеру, под керамическую черепицу.
Наслонные стропила с опорными стойками под коньковым прогоном Вам это может быть интересно! Теплая крыша – это немаловажная деталь при строительстве энергоэффективного дома. Из статьи по следующей ссылке Вы сможете узнать, как правильно утеплить крышу дома.
Виды стропил
Стропильная система крыши (двускатной) может собираться из наслонных стропил или висячих.
Свое название они получили потому, что упираются нижними концами на стены дома, верхними на коньковый прогон. При этом стропильные элементы подвергаются нагрузкам, которые изгибают их. Конструкция надежная, прочная, с большой несущей способностью.
На фото выше как раз показана стропильная система наслонного вида. Хорошо видно, что ноги упираются в верхней части на конек. При этом есть два вида крепления самих стропил в верхней части:
крепление производится к коньку:
крепление производится между собой с упором на конек (фото выше).
Необходимо сразу обозначить, что данный вид стропильной системы может быть использован, если между стенами дома расстояние не превышает 12 м. Потому что стропила упираются нижними концами на стены, а верхними только между собой (коньковый прогон в конструкции отсутствует). Отсюда и невысокая несущая способность при большом разлете.
Висячие стропила для крыши имеют один чисто конструктивный недостаток – большая опорная нагрузка на стены дома. Чтобы ее снизить, между ногами устанавливают затяжки, чтобы получился жесткий треугольник. Нередко функции затяжек выполняют несущие балки перекрытия.
При необходимости усилить висячие стропила, под них устанавливают стойки и подкосы.
Висячие стропила крыши двускатной
Монтаж стропильной системы двускатной крыши
Два вида стропильной системы определяют две разновидности технологии их сборки. Рассмотрим каждую по отдельности.
Монтаж наслонных стропил
Существует определенная последовательность сборки наслоных стропил.
Устанавливаются две крайние опорные стойки под коньковый брус. Они не только будут подпирать брус, но и являться элементами, формирующими фронтоны здания. Крепят их в нижней части к мауэрлату. При этом строго выставляют по вертикали, а верхние торцы в одной горизонтальной плоскости. Для этого между стойками натягивают прочную нить, уровнем проверяют ее на горизонтальность. Если есть отклонения, то одну из опор (низкую) приподнимают при помощи деревянных подпорок.
По горизонтально натянутой нити монтируют промежуточные опорные стойки с шагом 2-2,5 м. Чтобы брусы стоек не смещались, их подпирают временными крепежными элементами: подпорками или затяжками.
На стойки укладывают коньковый брус, который к ним же и крепится.
Производится попарно установка стропил двускатной крыши. Монтаж можно начинать с любой стороны. Крепление сразу проводится к мауэрлату и к коньку. Главное – выдержать расстояние между ногами, которое определяется в зависимости от тяжести и несущей способности кровельного материала. Обычно в проекте дома этот параметр указывается.
Если есть необходимость, монтируются промежуточные опорные стойки и подкосы.
Установка стропил на конек по натянутой нити
Монтаж висячих стропил
Технология установки висячих стропил другая. Для этого вся конструкция, собранная из двух стропил и затяжки, собирается на земле. То есть подготавливаются кровельные фермы в необходимом количестве, которые затем поднимаются на крышу. Иногда мастера собирают фермы на крыше. Собрали одну – установили, собирают следующую.
Необходимо отметить, что такие фермы имеют значительную массу. Поднимать их вручную сложно и опасно, поэтому используют услуги подъемного крана. А это увеличивает себестоимость сооружения.
Собранные на земле стропильные фермы висячего типа
Самое сложное – выставить фермы. Все они устанавливаются по месту монтажа с запланированным шагом, где временно закрепляются укосинами и подпорками. Затем между крайними фермами натягивается нить. Ее надо выставить так, чтобы она, во-первых, был натянута строго по горизонту, во-вторых, по конструкции, которая выше остальных.
Остается только приподнимать стропильные конструкции, которые оказались ниже натянутого уровня. И последнее – монтаж обрешетки, которая закрепит все фермы в одну стропильную систему. Обратите внимание, что в нижней части стропила будут закрепляться к мауэрлату.
Вас это может заинтересовать! Когда закончен монтаж стропильной системы, то приходит черед кровельных работ. Из статьи по следующей ссылке Вы сможете узнать, чем покрыть крышу дома.
Расчет стропил
Какие параметры необходимо рассчитать, чтобы крыша дома была собрана точно по проекту:
длина стропильных ног;
шаг их установки;
сечение используемого пиломатериала.
С длиной все просто, для этого придется воспользоваться теоремой Пифагора, в основе которой лежит формула: c 2 =a 2 +b 2 , где c – гипотенуза треугольника (это и есть стропила), a и b – катеты. Последние – это высота крыши и половина ширины дома. Все параметры легко можно замерить.
Длина стропилы равна l 2 +H 2
С шагом установки сложнее, потому что многое будет зависеть от массы кровельного материала и нагрузок от природных осадков. Чем больше обе нагрузки, тем меньше шаг установки. Но, как показывает практика, данный параметр варьируется в пределах от 60 см до 2 м. Последний показатель используется, если в качестве кровельного материала применяется профнастил с большими параметрами гофры, к примеру, Н75.
Что касается сечения стропильных ног, то здесь, как и в случае с шагом монтажа, учитываются нагрузки, а также длина ног и шаг их установки. Здесь зависимость такая: чем больше нагрузки, шаг и длина, тем больше сечение.
И еще один момент. Стропила для двускатной крыши укладываются под определенным углом (на фото обозначен буквой «a»). Наклон выбирается с расчетом выбора кровельного материала. То есть некоторые покрытия нельзя укладывать на крыши, если угол наклона меньше требуемого. Вот несколько соотношений:
минимальный угол наклона стропильной системы для шифера – 22°;
для профнастила – 12°;
для металлочерепицы – 14°;
мягкой черепицы – 15°.
Соотношение уклона крыши к типу кровельного материала На нашем сайте Вы можете найти контакты строительных компаний, которые предлагают услугу проектирования и ремонта кровли под ключ. Напрямую пообщаться с представителями можно посетив выставку домов «Малоэтажная Страна».
Обобщение по теме
Двускатные крыши – традиционные конструкции. Но из статьи становится понятным, что есть две стропильные системы, которые ложатся в основу сооружения кровель. Выбирается та, которая подходит под размеры дома. Как критерий выбора учитываются и нагрузки, давящие на них. Поэтому важно все грамотно соотнести, учитывая нюансы строительных процессов.
Виды стропильной системы двухскатной крыши: для маленьких и больших домов
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).
Схема двускатной крыши
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.
Разница в конструкции наслонных и висячих стропил
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 организации под крышей жилого помещения — мансарды. 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.
Стропильная система двухскатной крыши с приподнятой затяжкой и узел врубки ригеля
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.
Стропильная система двухскатной крыши для большого пролета и узлы врубки конька и стропил
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).
Прямой и косой прируб для соединения затяжки
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
Крепление подкосов для стропильной системы висячими стропилами
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.
Простейший вариант наслонных стропил
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.
Простая безраспорная система двускатной крыши с наслонными стропилами
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.
Такую схему без наличия опыта делать не рекомендуется: при малейшей неточности выполнения появляются распорные силы и конструкция становится нестабильной.
Намного проще в сборке вариант со скрепленными в коньковой части стропильными ногами. Они практически никогда не дают распора на стены.
Вариант крепления стропил без 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.
Схемы стропильных систем двускатных крыш со схватками
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.
Крепление схватки к стропильным ногам и коньковому брусу
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°.
Система стропил со смещенным относительно центра вертикальным прогоном
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.
Системы с подстропильными балками
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.
Установка стропил двухскатной крыши своими руками
Возведение крыши – один из наиболее ответственных этапов строительства. От надежности «зонтика» сверху, от его устойчивости к атмосферным осадкам и любым внешним воздействиям, напрямую зависит долговечность самого здания и уровень комфорта проживания в нем.
Установка стропил двухскатной крыши своими руками
Изо всего разнообразия конструкций крыш, двускатную можно отнести к числу наиболее популярных, просто в силу относительной простоты ее возведения. Однако, и за этой «простотой» кроется масса различных нюансов, необходимость проведения определенных расчетов и следования технологическим правилам. Тем не менее, настоящая публикация имеет главную задачу: показать, что установка стропил двухскатной крыши своими руками – задача вполне выполнимая, даже для начинающего строителя.
Давайте вместе пройдем все этапы процесса установки стропил для такой крыши, от основ предварительного проектирования до примера практического воплощения.
Общее устройство двускатной крыши
Основные понятия
Принцип устройства двускатной крыши понятен уже из названия. Ее характеризует наличие двух скатов кровли, в подавляющем числе случаев являющихся симметричными относительно линии конька. С обеих торцевых сторон расположены треугольные фронтоны.
Две симметричных стороны с равной крутизной уклона кровли – это «классическая» компоновка двускатной крыши
Именно эта схема отличается относительной простотой расчета и монтажа. Она чрезвычайно надежна (при правильном строительстве), обеспечивает равномерное распределение нагрузок на стены здания, обладая при этом отменным эксплуатационным запасом прочности. Вместе с тем, смотрится такая крыша, даже безо всяких изысков, очень симпатично, подходит для практически всех типов кровельного покрытия, а ее скатам могут придаваться любые углы крутизны (естественно, в разумных пределах).
Видимым недостатком такой крыши является наличие «глухих» зон в чердачном помещении, в нижней части скатов.
Иногда архитекторы стараются внести некоторое разнообразие в конструкцию двускатных крыш. Так, например, одним из приемов является создание подчеркнутой асимметрии скатов, причём, как по их крутизне, так и по длине от конька до карнизного свеса.
Оригинальное решение – скаты крыши различаются и по углу наклона к горизонту, и по длине
Подобный подход открывает дополнительные возможности полезного использования чердачного помещения. Правда, самостоятельно правильно спроектировать и смонтировать такую двускатную крышу для неподготовленного человека – задача из разряда практически невыполнимых, поэтому в нашей статье такая конструкция рассматриваться далее не будет.
С определённой долей условности к двускатным относят крыши с ломаными плоскостями скатов.
Ломаная форма скатов крыши обычно делается в угоду полезному использованию чердачного пространства
Впрочем, и такие конструкции имеют особенности в проектировании и проведении монтажа. Стропильные системы подобного типа заслуживают отдельного подробного рассмотрения.
Мансардная ломаная крыша – отличное решение для жилого чердака
Чтобы соорудить надежную стропильную систему такого типа, необходимо будет провести ряд расчетов, тщательно изучить последовательность проведения работ, используемые технологические приемы. Обо всем этом подробно – в специальной публикации нашего портала «Мансардная крыша своими руками» .
Элементы конструкции стропильной системы двускатной крыши
Чтобы дальше можно было, как говорится, «общаться на одном языке», необходимо рассмотреть, из каких же основных деталей и узлов складывается общая конструкция двускатной крыши. Внимание на схему:
Схема строения несложной по конструкции двускатной стропильной системы
Сразу оговоримся, что данная схема, безусловно, не может отразить всего возможного разнообразия конструкций стропильных систем, но основные детали и узлы на ней показаны достаточно понятно.
1 – мауэрлат. Это доска или брус, которые жестко крепятся по верхнему торцу внешних несущих стен здания. Его предназначение – равномерное распределение нагрузки от всей системы крыши на стены дома, создание условий для надежного крепления стропильных ног в их нижней точке опоры.
2 – стропильные ноги, устанавливаемые попарно. Они становятся основными несущими деталями всей системы крыши – именно стропила задают крутизну скатов, будут основой для крепления обрешетки, кровельного покрытия, а если крыша планируется утеплённой – то еще и всего термоизоляционного «пирога».
Для изготовления стропильных ног применяются качественные доски или брус, можно использовать и кругляк. Про сечение пиломатериала, которое будет достаточным для гарантированного выдерживания всех возможных нагрузок – будет рассказано ниже.
Стропила могут заканчиваться на мауэрлате, но чаще выходят за пределы периметра стен дома, формируя карнизный свес. Впрочем, для этого могут применяться и более легкие детали – так называемые «кобылки», которыми наращивают стропильные ноги на необходимую ширину свеса.
Для формирования карнизного свеса стропила наращены «кобылками»
3 – коньковый прогон. Это может быть брус, доска или даже составная конструкция. Прогон проходит по всей линии конька и служит для надежного соединения верхних точек парных стропильных ног, связи всех стропильных пар с целью придания общей жесткости всей конструкции крыши. В различный вариантах крыш этот прогон может жёстко опираться на стойки, либо увязываться только с узлом соединения стропильных ног.
4 – затяжки (схватки, ригели). Горизонтальные детали усиления системы, дополнительно связывающие парные стропильные ноги между собой. Может применяться несколько затяжек, расположенных на разной высоте.
5 – балки перекрытия, которые будут служить основой для монтажа пола в чердачном помещении и потолка со стороны комнаты.
6 – а эта балка одновременно выполняет роль лежня. Это брус, проходящий по всей длине крыши, который является опорой для установки дополнительных деталей усиления стропильной системы. Лежень может устанавливаться так, как показано на рисунке (по типу балки перекрытия), либо жестко укладываться на капитальную перегородку внутри здания.
7 – стойки (бабки) – дополнительные вертикальные опоры стропильных ног, предотвращающие их прогиб под действием внешних нагрузок. Стойки вверху могут упираться в сами стропила, либо в дополнительный прогон, продольно связывающий стропильные ноги на определённой высоте.
На иллюстрации хорошо показаны дополнительные прогоны, связывающие стропильные ноги по всей длине крыши.
8 – подкосы. Нередко при большой длине стропильных ног их несущей способности недостаточно, и усиление только стойками не обеспечивает необходимую прочность. В этих случаях применяются диагональные усиливающие элементы, опирающиеся снизу на лежень, создающие дополнительную точку опоры для стропила. Количество подкосов и место их установки могут варьироваться в крышах различной степени сложности.
Некоторые различия висячей и наслонной системы двускатной крыши
Двускатные крыши можно разделить на два типа конструкций – с наслонными и висячими стропилами. Кроме того, широко применяются комбинированные системы, в которых объединены оба принципа построения. В чем же принципиальная разница?
Наслонная система стропил
Эта конструкция стропильной системы характеризуется наличием опоры на внутреннюю капитальную перегородку в здании. По верхнему торцу этой перегородки монтируется лежень, на которые опираются стоки, поддерживающие коньковый прогон. Таким образом, стропильные ноги «наслонены» на вертикальную опору, что делает всю систему максимально прочной.
Конструкция крыши с наслонными стропилами
Подобная схема является наиболее популярной из-за своей надежности и относительной простоты в исполнении. Если имеется возможность создать дополнительную точу опоры по центру, то почему бы и не воспользоваться этим? Правда, если на чердаке планируется размещение жилого помещения, то вертикальные стойки иногда могут стать помехой. Впрочем, их наличие тоже иногда «обыгрывают», используя, например, для монтажа внутренней легкой перегородки.
В зависимости от количества и размещения внутренних перегородок, конструкция наслонной стропильной системы может варьироваться. Некоторые примеры показаны на иллюстрации ниже:
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.
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:
Конструкция крыши с висячими стропилами
Сразу бросается в глаза, что стропила опираются только на мауэрлат в нижней части, а затем соединяются между собой на коньке. Дополнительная опора по центру отсутствует, то есть стропильные ноги как бы «висят», что предопределяет и название такой системы. Эта особенность накладывает определенные ограничения на применение висячих стропил – обычно такая схема практикуется при расстоянии между несущими стенами, на которые закреплен мауэрлат, не более 7 метров. Устанавливаемые затяжки лишь частично снимают нагрузку с внешних стен.
На иллюстрации ниже показано несколько вариантов висячей системы. Впрочем, некоторые из них уже, скорее, могут быть отнесены к комбинированным.
Варианты системы крыши с висячими стропилами
Фрагмент «д» — висячие стропила связаны между собой стяжкой на уровне мауэрлата либо закреплены на мощной балке перекрытия, образуя с ней треугольник. Других усиливающих деталей нет. Подобная схема допустима при расстоянии между стенами до 6 метров.
Вариант «ж» — для такого же по размерам дома (до 6 метров). Затяжка (ригель) в этом случае смещена вверх, и нередко используется для подшивки потолка чердачного помещения.
Варианты «е» и «з» рассчитаны на пролёт между стенами до 9 метров. Могут применяться несколько затяжек (или верхняя затяжка в сочетании с нижней балкой перекрытия). Другой подход – установка стоек под коньковым прогоном, по аналогии с наслонной системой. Только в качестве нижней точки опоры используется не лежень на капитальной перегородке, а стойки опираются на затяжку или балку перекрытия. Назвать такой вариант чисто «висячим» — уже сложно, так как здесь – явно комбинация деталей из обеих конструкций.
В еще большей степени такое комбинирование двух схем выражено в варианте «и», который рассчитан на большие пролёты, от 9 до 14 метров. Здесь, помимо стойки-бабки, задействованы еще и диагональные подкосы. Нередко такие фермы вообще собираются на земле, а только потом поднимаются и устанавливаются на место, связываются между собой, формируя тем самым весь каркас крыши.
Итак, при подготовке к строительству двускатной крыши необходимо изучить принципы устройства той или иной системы, оценить их преимущества и недостатки, выбрать оптимальную для своих условий и составить графическую рабочую схему. Она понадобится и при приобретении необходимого материала, и для производства самих монтажных работ. Однако, составление чертежа все же должно предваряться некоторыми расчетами.
Расчет базовых параметров стропильной системы двускатной крыши
Давайте еще раз взглянем на принципиальную схему устройства двускатной крыши, чтобы выделить те параметры, которые необходимо будет рассчитать.
Схема для наглядного отображения рассчитываемых параметров двускатной крыши
Итак, в процессе расчета нам потребуется определиться со следующими величинами.
Исходные данные – это дина стороны дома по фронтонной части (выделено голубым – F), и длина дома по коньку (фиолетовый цвет – D). Предполагается, что хозяева уже заранее определились с типом кровельного покрытия – так как здесь будут определенные ограничения по крутизне скатов кровли. (угол а).
- Высоту конька над плоскостью мауэрлата (Н – зеленый цвет), или, наоборот, определиться с углом ската, отталкиваясь от запланированной высоты конька.
- Длину стропильной ноги (синий цвет – L), а при необходимости – и удлинение стропила для формирования карнизного свеса необходимой ширины (l).
- Рассчитать суммарные нагрузки, выпадающие на стропильную систему, чтобы определить оптимальное сечение пиломатериала для изготовления стропил, шаг их установки (красный цвет – S) и допустимую длину пролетов между точками опоры. Все эти параметры – тесно взаимосвязаны между собой.
- Когда на руках будут эти рассчитанные значения, уже несложно составить графическую схему, определить необходимость и оптимальное расположение элементов усиления, просчитать количество материала для их изготовления.
Рассчитываем крутизну ската и высоту конька
Угол крутизны скатов может определяться хозяевами по различным критериям оценки:
- Из чисто эстетических соображений – когда «во главу угла» становится внешний вид строения. Многим нравятся крыши с высоким коньком, но при этом нельзя забывать, что на такую кровлю резко возрастает ветровая нагрузка. Да и материалов для изготовления высокой крыши пойдет неизмеримо больше. Вместе с тем, на крутых скатах почти до нуля снижается снеговая нагрузка – не исключено, что для «снежных» регионов этот параметр оценки может стать определяющим.
- Их соображений полезного использования чердачного помещения. При двускатной схеме крыши, чтобы добиться максимальной площади мансарды, приходится возводить скаты с очень большой крутизной, то есть с теми же последствиями, о которых сказано выше.
Наглядная демонстрация зависимости простора «жизненного пространства» в чердачном помещении от угла уклона двускатной крыши
- Наконец, может быть и совершенно противоположный подход – из соображений экономии сделать конструкцию крыши с минимальной высотой в коньке. Но в этом случае придется ориентироваться на минимально допустимые углы уклона для конкретного типа кровельного покрытия. Уменьшать крутизну ниже рекомендованным производителем показателей – это «закладывать бомбу» в свою крышу, причем и из соображений ее прочности и долговечности, и с позиций гидроизоляционных качеств покрытия.
Рассчитать высоту конька над плоскостью перекрытия (мауэрлата) – несложно. В основе подавляющего большинства узлов любой кровельной системы лежит треугольник, который, в свою очередь, подчиняется строгим геометрическим (точнее – тригонометрическим) законам.
Итак, в нашем случае известна ширина крыши по фронтонной линии. Если крыша симметрична, то конек разместится ровно посередине, и для расчетов можно просто ширину F разделить на два (основание треугольника f = F/2). При несимметричных скатах придется спроецировать вершину конька на линию F, и промерить расстояния f1 и f2 от нее до края треугольника (до мауэрлата) с каждой из сторон. Естественно, что в таком случае и уклон скатов будет различным.
Далее – просто пользуемся формулой:
Н = f × tg a
Чтобы не заставлять читателя искать значения тангенсов и проводить расчеты вручную, ниже размещен калькулятор, в котором уже внесены необходимые табличные величины.
Калькулятор зависимости высоты конька крыши от крутизны ската
Кстати, калькулятор позволит решить и прямую, и обратную задачи. Например, если необходимо отталкиваться от планируемой высоты кровли в коньке, можно, введя один раз для начала длину основания треугольника f, затем изменять угол наклона ската кровли (градация изменения в калькуляторе – в 1 градус), чтобы быстро прийти к нужному значению. Это займет буквально несколько секунд.
Рассчитываем длину стропильной ноги
Чтобы рассчитать длину стропильной ноги, которая в данном случае является гипотенузой прямоугольного треугольника (с катетами f и H), проще всего применить всем известную теорему Пифагора.
L = √ (f ²+ Н²)
Калькулятор расчета рабочей длины стропильной ноги двускатной крыши
Данный результат дал нам «рабочую» длину стропильной ноги. Если планируется еще за счет стропила сразу сформировать карнизный свес, то необходимо сделать прибавку к длине – l. По законам тригонометрии такой «довесок» будет равен:
К – панируемая ширина карнизного свеса, от стены дома до края (по горизонтали).
а – угол крутизна ската кровли.
Если даже карнизный свес будет формироваться за счет «кобылок», то расчет поможет определиться с необходимой рабочей длиной этих деталей конструкции. Расчет проще провести с помощью нашего калькулятора:
Калькулятор расчета удлинения стропильной ноги для формирования карнизного свеса.
На небольших углах уклона кровли такое удлинение будет весьма незначительно отличаться от планируемой ширины карнизного свеса. Однако, по мере роста крутизны, удлинение стропила начинает быстро увеличиваться, так что игнорировать эту величину – нельзя.
Останется только просуммировать полученные значения и получить общую длину заготовки для изготовления стропила. Безусловно, она берется с небольшим запасом, примерно 200÷250 мм – на точную подрезку уже после установки и закрепления стропильной ноги на место.
Можно сразу же оценить – имеются ли в продаже заготовки (пиломатериал) необходимой длины. На крышах большого размера иногда приходится прибегать к сращиванию стропил по длине.
Расчет нагрузок на стропильную систему, определение сечения стропил и шага их установки
Переходим к самому сложному этапу расчетов. Необходимо оценить, какие суммарные нагрузки будут выпадать на конструкцию крыши, как их оптимально распределить по длине несущих элементов, варьируя шаг установки стропильных ног. Исходя из этого можно будет подобрать необходимый материал, который обеспечит стабильность конструкции, без переломов или деформаций, определиться с деталями усиления, то есть расставить на схеме дополнительные точки опоры, уменьшающие свободный пролет стропильной ноги.
На стропильную систему в целом будут прилагаться следующие основные типы нагрузок:
- Вес самой стропильной системы и кровельного покрытия, а если предусматривается термоизоляция – то еще и «утеплительного пирога»
- Нагрузки, вызываемые снежными наносами на поверхность кровли.
- Ветровые нагрузки.
Существуют, безусловно, и иные типы нагрузок, причем, многие из которых заранее сложно предугадать – техногенные или стихийные катаклизмы, сейсмические толчки и другое. Но чтобы снизить вероятность разрушения конструкции от подобных явлений «непреодолимой силы», в нее заранее закладывается определенный эксплуатационный запас прочности.
Теперь – рассмотрим нагрузки по порядку.
- Любое кровельное покрытие обладает собственной удельной массой, требует той или иной обрешетки или определенных особенностей конструкции крыши. В калькулятор расчёта, который будет предложен читателям ниже, уже занесены средние значения удельной весовой нагрузки от наиболее часто применяемых типов кровельных покрытий. На всякий случай, в этот показатель включено и утепление скатов кровли.
- Снеговая нагрузка зависит от двух величин. Во-первых, это рассчитанная по итогам многолетних наблюдений удельная масса снежного покрова, характерная для конкретной местности. По этому параметру всю территорию России можно условно разделить на несколько зон, которые обозначены на расположенной ниже карте-схеме:
Разделение территории РФ на зоны по уровню снеговой нагрузки
Второй параметр, оказывающий влияние на снеговую нагрузку – это крутизна ската кровли. Чем больше угол, тем меньшее давление будут оказывать снежные массы, а на скатах круче 60 градусов – снег и вовсе не станет задерживаться.
- Ветровая нагрузка. С ней несколько сложнее, так как приходится принимать в расчет больше исходных параметров. Для упрощённого алгоритма вычислений, реализованном в калькуляторе, необходимо знать:
— Угол уклона скатов кровли (чем он больше, тем выше «парусность» крыши).
— Среднюю величину ветрового давления, аналогично определенную по результатам многолетних метеорологических наблюдений для данного региона. Определить свою зону по этому параметру можно также по соответствующей карте-схеме.
Зонирование территории России по уровню ветрового давления
— Имеет важное значение высота строящегося здания, от поверхности земли до уровня конька.
— Оценивается наличие и удаленность естественных и искусственных преград для ветра. Критерии такой оценки хорошо показаны и описаны в соответствующем поле калькулятора.
Правда, здесь важно учесть еще одно правило: преграды могут приниматься в расчет, если их удаление от рассчитываемого здания не превышает величины 30×Н, где Н в данном случае – это высота дома от земли до конька. Например, для здания высотой в 8 метров принимаемые в расчет преграды должны находиться в пределах круга радиусом 240 метров. Если они расположены дальше, то это уже будет считаться «голой» местностью.
Принимаются в расчет только те препятствия для ветра, которые расположены от дома в пределах определенного радиуса
Программа калькулятора учтет все указанные пользователем данные, внесет соответствующие поправки, просчитает нагрузки и заложит необходимый эксплуатационный запас прочности.
Но если просто просуммировать нагрузки, то эта величина не слишком удобна для дальнейших действий, поэтому лучше оперировать показателем распределённой нагрузки. Она рассчитывается на погонный метр стропильной ноги, и напрямую зависит уже от шага установки стропил.
Таким образом, варьируя значение шага установки стропильных ног, можно пронаблюдать, как меняется распределённая нагрузка, и остановиться на оптимальном значении. А уже эта величина позволит войти в таблицу, чтобы определиться с сечением доски, бруса или кругляка, и с допустимой величиной свободного пролета между точками опоры.
Калькулятор расчета распределённой нагрузки на стропильные ноги
С полученным значение входим в таблицу и определяем сечение доски для изготовления стропила.