Двускатная крыша образуется на базе каркаса, сочетающего в себе элементарность устройства и непревзойдённую надёжность. Но этими достоинствами костяк кровли в два прямоугольных ската может похвастаться только в случае тщательной подборки стропильных ног.
Параметры стропильной системы двускатной крыши
К расчётам стоит приступать, если вы понимаете, что стропильная система двускатной кровли - это комплекс треугольников, самых жёстких элементов каркаса. Они собираются из досок, размер которых играет особую роль.
Длина стропил
Определить длину прочных досок для стропильной системы поможет формула a²+ b²= c², выведенная Пифагором.
Длину стропила можно найти, зная ширину дома и высоту крыши
Параметр «a» обозначает высоту и выбирается самостоятельно. Он зависит от того, будет ли подкровельное пространство жилым, также имеет определённые рекомендации, если планируется мансарда.
За буквой «b» стоит ширина здания, разделённая надвое. А «c» представляет собой гипотенузу треугольника, то есть длину стропильных ног.
Допустим, что ширина половины дома равна трём метрам, а крышу решено сделать высотой два метра. В этом случае длина стропильных ног будет достигать 3,6 м (c=√a²+b²=4+√9=√13≈3,6).
К цифре, полученной из формулы Пифагора, следует приплюсовать 60–70 см. Лишние сантиметры понадобятся, чтобы вынести стропильную ногу за стену и сделать необходимые запилы.
Шестиметровое стропило - самое длинное, поэтому подходит в качестве стропильной ноги
Максимальная длина бруса, используемого в качестве стропильной ноги, – 6 м. Если требуется прочная доска большей длины, то прибегают к приёму сращения - прибиванию к стропильной ноге отрезка от ещё одного бруса.
Сечение стропильных ног
Для различных элементов стропильной системы существуют свои стандартные размеры:
- 10х10 или 15х15 см - для бруса мауэрлата;
- 10х15 или 10х20 см - для стропильной ноги;
- 5х15 или 5х20 см - для прогона и подкоса;
- 10х10 или 10х15 см - для стойки;
- 5х10 или 5х15 см - для лежня;
- 2х10, 2,5х15 см - для обрешётин.
Толщина каждой детали несущей конструкции кровли обусловливается нагрузкой, которую ей предстоит испытывать.
Брус сечением 10х20 см идеально подходит для создания стропильной ноги
На сечение стропильных ног двускатной кровли влияет:
Наиболее существенно на сечении стропильных ног сказывается шаг стропил. Увеличение расстояния между брусьями влечёт за собой усиление давления на несущую конструкцию кровли, а это обязывает строителя использовать толстые стропильные ноги.
Таблица: сечение стропил в зависимости от длины и шага
Переменное воздействие на стропильную систему
Давление на стропильные ноги бывает постоянным и переменным.
Время от времени и с разной интенсивностью на несущую конструкцию крыши воздействуют ветер, снег и атмосферные осадки. В общем, скат кровли сравним с парусом, который под напором природных явлений может порваться.
Ветер стремится опрокинуть или приподнять крышу, поэтому важно произвести все расчёты правильно
Переменная ветровая нагрузка на стропила определяется по формуле W = Wo × k x c, где W - это показатель ветровой нагрузки, Wo - значение ветровой нагрузки, характерной для определённого участка России, k - поправочный коэффициент, обусловливаемый высотой сооружения и характером местности, а c - аэродинамический коэффициент.
Аэродинамический коэффициент может колебаться в рамках от -1,8 до +0,8. Минусовое значение характерно для поднимающейся крыши, а плюсовое - для кровли, на которую ветер давит. При упрощённом расчёте с ориентацией на улучшение прочности аэродинамический коэффициент считают равным 0,8.
Расчёт ветрового давления на крышу основывается на местонахождении дома
Нормативное значение ветрового давления узнают по карте 3 приложения 5 в СНиП 2.01.07–85 и специальной таблице. Коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте, тоже стандартизован.
Таблица: нормативное значение ветрового давления
Таблица: значение коэффициента k
На ветровой нагрузке отражается не только местность. Большое значение имеет зона расположения жилья. За стеной из высоких зданий дому почти ничего не грозит, но на открытом пространстве ветер может стать для него серьёзным врагом.
Снеговая нагрузка на систему стропил вычисляется по формуле S = Sg × µ, то есть вес снежной массы на 1 м² умножается на поправочный коэффициент, на значении которого отражается степень наклона кровли.
Вес снегового пласта указан в СНиП «Стропильные системы» и определяется типом местности, где построено здание.
Снеговая нагрузка на крышу зависит от того, где расположен дом
Поправочный коэффициент, если скаты кровли кренятся менее чем на 25°, приравнивается к единице. А в случае наклона крыши на 25–60° этот показатель уменьшается до 0,7.
Когда крыша наклонена более чем на 60 градусов, снеговую нагрузку сбрасывают со счетов. Всё-таки с крутой кровли снег скатывается быстро, не успевая оказать негативного влияния на стропила.
Постоянные нагрузки
Нагрузками, воздействующим беспрерывно, считают вес кровельного пирога, включая обрешётку, утеплитель, плёнки и отделочные материалы для обустройства мансарды.
Кровельный пирог создаёт постоянное давление на стропила
Вес кровли - это сумма веса всех материалов, использованных при строительстве крыши. В среднем он равен 40–45 кг/м.кв. По правилам на 1 м² стропильной системы не должно приходиться более 50 кг веса кровельных материалов.
Чтобы в прочности стропильной системы совсем не осталось сомнений, к расчёту нагрузки на стропильные ноги стоит добавлять 10%.
Таблица: вес кровельных материалов на 1 м²
| Тип кровельного финишного покрытия | Вес в кг на 1 м² |
| Рулонное битумно-полимерное полотно | 4–8 |
| Битумно-полимерная мягкая черепица | 7–8 |
| Ондулин | 3–4 |
| Металлическая черепица | 4–6 |
| Профнастил, фальцевая кровля, оцинкованные металлические листы | 4–6 |
| Цементно-песчаная черепица | 40–50 |
| Керамическая черепица | 35–40 |
| Шифер | 10–14 |
| Сланцевая кровля | 40–50 |
| Медь | 8 |
| Зелёная кровля | 80–150 |
| Черновой настил | 18–20 |
| Обрешётка | 8–10 |
| Сама стропильная система | 15–20 |
Количество брусьев
Сколько стропил понадобится для обустройства каркаса двускатной кровли, устанавливают, разделив ширину крыши на шаг между брусьями и прибавив к полученному значению единицу. Она обозначает добавочное стропило, которое потребуется поставить на край кровли.
Допустим, между стропилами решено оставлять по 60 см, а длина крыши составляет 6 м (600 см). Получается, что необходимо 11 стропил (с учётом добавочного бруса).
Стропильная система двускатной крыши - это конструкция из определённого количества стропил
Шаг брусьев несущей конструкции кровли
Чтобы определить расстояние между брусьями несущей конструкции кровли, следует обратить пристальное внимание на такие моменты, как:
- вес кровельных материалов;
- длина и толщина бруса - будущей стропильной ноги;
- градус наклона кровли;
- уровень ветровой и снеговой нагрузок.
Через 90–100 см стропила принято располагать в случае выбора лёгкого кровельного материала
Нормальным для стропильных ног считается шаг в 60–120 см. Выбор в пользу 60 или 80 см делают в случае строительства кровли, наклоненной на 45˚. Таким же маленьким шаг должен быть при желании покрыть деревянный каркас крыши тяжёлыми материалами вроде керамической черепицы, асбоцементного шифера и цементно-песчаной плитки.
Таблица: шаг стропил в зависимости от длины и сечения
Формулы расчёта стропильной системы двускатной крыши
Расчёт стропильной системы сводится к установлению давления на каждый брус и определению оптимального сечения.
При расчёте стропильной системы двускатной кровли действуют следующим образом:
- По формуле Qr=AxQ узнают, какова нагрузка на погонный метр каждой стропильной ноги. Qr - это распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги, выраженная в кг/м, A - расстояние между стропилами в метрах, а Q - суммарная нагрузка в кг/м².
- Переходят к определению минимального сечения бруса-стропила. Для этого изучают данные таблицы, занесённой в ГОСТ 24454–80 «Пиломатериалы хвойных пород. Размеры».
- Ориентируясь на стандартные параметры, выбирают ширину сечения. А высоту сечения вычисляют, используя формулу H ≥ 8,6·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), если уклон крыши α < 30°, или формулу H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/(B·Rизг)), когда уклон крыши α > 30°. H - это высота сечения в см, Lmax - рабочий участок стропильной ноги максимальной длины в метрах, Qr - распределённая нагрузка на погонный метр стропильной ноги в кг/м, B - ширина сечения см, Rизг - сопротивление древесины на изгиб, кг/см². Если материал произведён из сосны или ели, то Rизг может быть равен 140 кг/см² (1 сорт древесины), 130 кг/см² (2 сорт) или 85 кг/см² (3 сорт). Sqrt - это квадратный корень.
- Проверяют, соответствует ли величина прогиба нормативам. Она не должна быть больше цифры, которая получается в результате деления L на 200. Под L понимается длина рабочего участка. Соответствие величины прогиба соотношению L/200 выполнимо только при верности неравенства 3,125·Qr·(Lmax)³/(B·H³) ≤ 1. Qr обозначает распределённую нагрузку на погонный метр стропильной ноги (кг/м), Lmax - рабочий участок стропильной ноги максимальной длины (м), B - ширину сечения (см), а H - высоту сечения (см).
- Когда выше представленное неравенство нарушается, показатели B и H увеличивают.
Таблица: номинальные размеры толщины и ширины пиломатериала (мм)
| Толщина доски - ширина сечения (B) | Ширина доски - высота сечения (H) | ||||||||
| 16 | 75 | 100 | 125 | 150 | - | - | - | - | - |
| 19 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | - | - | - | - |
| 22 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | - | - |
| 25 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 32 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 40 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 44 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 60 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 75 | 75 | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 100 | - | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 |
| 125 | - | - | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 150 | - | - | - | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 175 | - | - | - | - | 175 | 200 | 225 | 250 | - |
| 200 | - | - | - | - | - | 200 | 225 | 250 | - |
| 250 | - | - | - | - | - | - | - | 250 | - |
Пример расчёта несущей конструкции
Предположим, что α (угол наклона крыши) = 36°, A (расстояние между стропилами) = 0,8 м, а Lmax (рабочий участок стропильной ноги максимальной длины) = 2,8 м. В качестве брусьев используется материал из сосны первого сорта, а это значит, что Rизг = 140 кг/см².
Для покрытия кровли выбрана цементно-песчаная черепица, и поэтому вес крыши составляет 50 кг/м². Суммарная нагрузка (Q), которую испытывает каждый квадратный метр, равна 303 кг/м². А для строительства стропильной системы используются брусья толщиной 5 см.
Отсюда вытекают следующие вычислительные действия:
- Qr=A·Q= 0,8·303=242 кг/м - распределённая нагрузка на погонный метр бруса-стропила.
- H ≥ 9,5·Lmax·sqrt(Qr/B·Rизг).
- H ≥ 9,5·2,8·sqrt(242/5·140).
- 3,125·Qr·(Lmax)³/B·H³ ≤ 1.
- 3,125·242·(2,8)³ / 5·(17,5)³= 0,61.
- H ≥ (примерная высота сечения стропила).
В таблице стандартных размеров нужно найти высоту сечения стропил, близкую к показателю 15,6 см. Подходящим является параметр, равный 17,5 см (при ширине сечения в 5 см).
Эта величина вполне соответствует показателю прогиба в нормативных документах, и это доказывается неравенством 3,125·Qr·(Lmax)³/B·H³ ≤ 1. Подставив в него значения (3,125·242·(2,8)³ / 5·(17,5)³), получится обнаружить, что 0,61 < 1. Можно сделать вывод: сечение пиломатериала выбрано верно.
Видео: подробный расчёт стропильной системы
Расчёт стропильной системы двускатной крыши - это целый комплекс вычислений. Чтобы брусья справились с возлагаемой на них задачей, строителю нужно безошибочно определить длину, количество и сечение материала, узнать нагрузку на него и выяснить, каким должен быть шаг между стропилами.
Конструкция двускатной крыши для частных домов выбирается чаще всего, так как она является оптимальным вариантом по простоте монтажа и удобству эксплуатации, по прочности и надежности, а также по стилевому решению. Двускатная кровля по-другому называется щипцовой и имеет два ската, которые могут быть расположены по отношению друг к другу под одинаковым или разным углом, то есть может представлять собой равнобедренный или разносторонний треугольник. Последний вариант все чаще можно встретить среди новостроек, так как он становится модным стилевым решением. И, кроме оригинальности, такая крыша обладает некоторыми положительными особенностями, которые упрощают ее эксплуатацию.
Подобный тип стропильной системы может использоваться под все типы кровельных материалов, но обрешетка, закрепляемая на стропила, для каждого из покрытий имеет свои параметры.
Двускатная крыша: стропильная система под которой имеет свои особенности, должна быть тщательно изучена и рассчитана еще загодя, перед покупкой материалов и проведением ее монтажа. Попробуем разобраться в этих вопросах.
Разновидности конструкций двускатных крыш
Для начала необходимо разобраться, какие конструкции двускатных крыш бывают, так как придется выбирать наиболее подходящую для конкретного строения.
- Простая равносторонняя двускатная конструкция
Этот вариант двускатной конструкции можно назвать традиционным и самым применяемым, так как он прост в монтаже и обслуживании, а также отличается долговечностью и надежностью.
Симметрия в этой системе помогает достичь равномерности нагрузки на мауэрлат и несущие стены. При правильном выборе сечения бруса для обустройства стропильной системы и мауэрлата, эти детали обеспечат необходимый для длительной эксплуатации крыши запас прочности. Дополнительной надежности конструкции придадут правильно установленные стойки, подкосы и затяжки.
Недостатком этой системы для обустройства внутри чердачного пространства помещений является то, что после установки стен и потолка большую площадь занимают глухие зоны в угловых областях конструкции, которые остаются незадействованными.
- Простая асимметричная двускатная конструкция
Асимметричная двускатная конструкция отличается от традиционной системы тем, что ее скаты располагаются под разным углом. Так, один из них обычно составляет больше 45 градусов, что позволяет увеличить полезную площадь чердачного пространства, в котором вполне можно обустроить жилое помещение, естественно, при должном утеплении.
Еще одним важным достоинством подобной конструкции может стать меньший по площади скат, который рекомендовано спланировать с подветренной стороны строения, где на крыше всегда собирается большое количество снега. Небольшой же по размеру, но с большой крутизной скат не будет задерживать на своей поверхности больших сугробов.
К недостатку асимметричной конструкции можно отнести более сложный ее расчет для достижения равномерного распределения нагрузки на стены дома.
- Ломаная двускатная конструкция
Эту двускатную стропильную систему можно назвать редкостью, хотя благодаря такому расположению скатов в чердачном пространстве формируется достаточно большая комната, которая может быть использована под жилое или хозяйственное помещение.
Кроме такой стропильной системы к ломаной двускатной конструкции можно отнести и мансардный вариант установки стропил.
Оба ската «изломаны» — явный выигрыш в полезной площади чердачного помещения
3 – Стойка, установленная на лежень.
4 – Стропило.
5 – Обрешетка.
Наслонная система отличается от висячей тем, что устанавливается на строение, имеющее внутренние капитальные перегородки. Капитальные внутренние стены используются для закрепления на них лежня, на который устанавливаются стойки, подпирающие коньковый прогон, с которым скрепляются верхние концы стропильных ног. Затем на стропила фиксируются доски обрешетки.
Эта конструкция более популярна, чем висячая, так как надежна и проста в монтаже.
крепления для стропил
Висячая стропильная система
Схема висячей стропильной системы выглядит так, как показано на иллюстрации, и включает следующие основные элементы:
1 – Несущие стены.
2 – Мауэрлат.
3 – Стропило.
4 – Обрешетка.
5 – Затяжка (ригель).
Висячая система стропил монтируется на две внешние несущие стены, на которые предварительно закрепляется мауэрлат. Этот вариант крыши может быть применен только в том случае, если расстояние между несущими стенами составляет не более 7000 мм, так как кроме них дополнительная опора для стропильной конструкции кровли отсутствует. Такую систему обычно оснащают затяжками, подкрепленными откосами – эти элементы снимут часть нагрузки со стен строения.
Кроме наслонных и висячих систем, существуют комбинированные варианты, которые включают в себя отдельные элементы той и другой конструкции.
Когда стропильная системы будет выбрана, рекомендовано перед покупкой материалов, составить подробный чертеж крыши с проставленными размерами — так будет легче вычислить количество всего необходимого и сумму на их приобретение. Кроме этого, такая схема значительно поможет произвести монтажные работы. Но для того, чтобы составить чертеж, придется провести некоторые
Как рассчитать параметры двускатной стропильной системы
Правильно рассчитать параметры элементов для монтажных работ – очень важно. Для этого сначала рекомендовано составить список всего необходимого и произвести расчет пошагово. Все расчеты следует производить с запасом в 10÷15%, не допуская излишней экономии, которая будет в ущерб качеству и прочности конструкции.
Если эту часть работы решено выполнить самостоятельно, нужно обязательно сверяться с техническими документами, разработанными специалистами, например, размещенными в СНиП.
Основными направлениями расчета будут три взаимосвязанные величины - крутизна ската, высота конька над перекрытием и длина стропильных ног. Далее, имея линейные параметры, необходимо будет определиться с сечением материала для стропил. А вот оно уже, в свою очередь, зависит и от выпадающих на стропильную систему нагрузок.
Нагрузки на стропильную систему
Нагрузки на стропильную систему разделяют на три категории:
- Постоянные нагрузки. К этой категории можно отнести те, которые будут постоянно держать в напряжении стропильную систему – , утеплителя, если он предусмотрен, кровельного покрытия, ветрозащитной, гидро- и пароизоляционной пленки, крепежных элементов, отделочных материалов для внутренней части чердака. Вес всех элементов и материалов, необходимых для кровельного «пирога», суммируется, и в среднем должна получиться оптимальная величина в 40-45 кг/м². Желательно рассчитать материалы таким образом, чтобы вес 1 м² не превышал 50 кг/м², особенно в том случае, если используется система крыши с висячими стропилами.
- Кратковременные нагрузки. Такие нагрузки возникают периодически и могут иметь разное воздействие на конструкцию. К ним относятся такие воздействия:
— вес людей при ремонтных работах;
— климатические температурные воздействия;
— возможные нагрузки от наледи.
Эти внешние нагрузки лежат в большой зависимости от особенностей региона постройки. Кроме того, их величина напрямую зависит и от крутизны скатов. Так, например, на пологих скатах решающую роль будет играть снеговая нагрузка. С ростом крутизны кровли влияние снегового давления уменьшается, но зато растет зависимость от ветрового воздействия. На скатах крутизной свыше 60 градусов снеговая нагрузка и вовсе списывается со счетов, но зато парусность крыши возрастает в разы, и ветер становится доминирующим внешним воздействием.
Данные для расчетов можно найти в СНиП 2.01.07- 85*«Нагрузки и воздействия» в разделах «Снеговые нагрузки» и «Ветровые нагрузки». При этом учитывать необходимо не только регион расположения дома, но и место его строительства — низина или возвышенность, отдельно стоящее строение или окруженное другими зданиями.
Удобный алгоритм расчета нагрузок будет приведен чуть ниже.
- Особые нагрузки. К этой категории относят такие факторы, как сейсмические воздействия, ураганный ветер, деформационные процессы вследствие оседания грунта, которые обычно называют форс-мажорными обстоятельствами. Предусмотреть все невозможно, и для того чтобы крыша выдержала все эти испытания, рекомендовано закладывать дополнительный запас прочности при приобретении материалов и монтаже конструкции.
Если крыша будет устанавливаться на старое здание, необходимо рассчитать несущую способность фундамента и стен, так как новая крыша может иметь больший вес, чем старая. Подобные расчеты могут профессионально осуществить только специалисты, но произвести такие вычисления необходимо в обязательном порядке, иначе придется не только менять крышу, но и производить ремонт всего строения. Специалистам при этом необходимо будет предоставить проект крыши, в котором будут указаны все ее параметры.
Угол наклона скатов стропильной системы и высота конька
Угол расположения скатов крыши определяется выбором , так как каждый из них требует персонального расчета. Часто сам производитель конкретной марки покрытия дает необходимые рекомендации, но если говорить об общих требованиях, например, для нашего случая - металлочерепицы, то для нее угол уклона должен составлять не менее 20 градусов.
Увеличение угла уклона значительно расширит чердачное пространство, но для возведения такой крыши потребуется больше строительных материалов и, конечно же, значительно возрастет стоимость постройки.
Итак, любую двускатную стропильную систему, неважно, симметричную или нет, можно представить в виде треугольника.
Его вершины:
— точка «а» – это внешняя точка пересечения К этой вершине прилегает угол «А», определяющий крутизну ската кровли.
— точка « b» — вершина конька.
— точка «с» — пересечение отвесной линии от конька с перекрытием или просто верхним уровнем стены.
Известная исходная величина – « D» длина основания треугольника. Для симметричной крыши – это половина пролета. Для асимметричных вариантов – может быть и иной, это несложно определить.
«Н» — высота конька над основанием (перекрытием);
« L» – длина стропильной ноги, которая при желании может быть увеличена на величину «m» для формирования карнизного свеса.
По известным тригонометрическим соотношениям:
Н = D × tgA
Таким образом, можно или от заданного значения угла А определить высоту конька, или же, наоборот, заранее планируя определенную высоту чердачного помещения, определиться с крутизной ската.
Все это позволяет легко сделать размещенный ниже калькулятор. Меняя значение угла «А» можно прийти к оптимальному значению высоты «Н» .
Кровельная конструкция – один из главных ограждающих элементов здания, к качественным характеристикам которого предъявляются достаточно жёсткие требования.
Одним из наиболее распространенных материалов для обшивки крыши является металлическая черепица, которая изготавливается из тонких стальных, алюминиевых или медных листов.
Сверху элементы оснащаются полимерным покрытием, которое защищает металл от агрессивных внешних воздействий.
Внешне металлочерепица похожа на керамическую, однако она более прочная. Этот материал применяется для покрытия скатных кровель, уклон которых должен быть не меньше 14 градусов .
Это сборная каркасная конструкция крыши , состоящая из множества деревянных или металлических деталей. Она опирается на несущие стены , являющиеся надежным основанием для всех вышележащих элементов. Стропильная система служит своеобразным скелетом, на основании которого производится , — и крыши, а также укладка кровельного финишного кровельного слоя.
Стропильная система
Составные элементы стропильной крыши, и их основные характеристики:
- Мауэрлат. Брус из хвойной породы, который является связующим элементом между стропилами и нижележащими конструкциями. Имеет квадратное поперечное сечение со стороной 100 или 150 мм. Мауэрлат укладывается вдоль несущей стены по всей ее длине. При помощи мауэрлата нагрузки от кровли равномерно распределяются по всему зданию.
- Лежень. Брус, имеющий квадратное сечение аналогичное мауэрлату. Он укладывается поперечно несущим стенам, так как служит для перераспределения нагружения от кровельных стоек.
- Стропильная нога. Из этих элементов создается основная треугольная конструкция кровли, испытывающая всю тяжесть внешних атмосферных воздействий (дождь, ветер, снег, град и т.д.).
- Стойка. Вертикальные связующие элементы, распределяющие сжимающие нагрузки от конькового узла по всей площади несущих стен. Выполняются из квадратных брусьев, длина ребра которых определяется расчетом.
- Затяжка. Является завершающим горизонтальным элементом треугольника из стропильных ног, не позволяющий им расползтись под давлением внешних нагрузок и собственного веса крыши. Используется в системах с висячими стропилами.
- Подкосы. Воспринимают и перераспределяют изгибающие нагрузки от конькового узла.
- Обрешетка. Состоит из досок, брусков или фанерных листов (в случае последующей укладки битумной черепицы), которые располагаются относительно стропильных ног под прямым углом, являясь при этом дополнительным жетсткостным элементом.
- . Место стыка двух скатов крыши.
- Свес. Кровельный элемент, выступающий за несущие стеновые конструкции на расстояние около 0,4 м. Его назначение – ограничить проникновение влаги к стенам.
- Кобылки. Эти элементы присоединяются к концам стропил в случае, если они имеют недостаточную длину для организации свеса.
Разновидности скатных крыш
В зависимости от количества наклонных плоскостей, кровельные конструкции можно разделить на:
В частном домостроении чаще всего применяется вариант двухскатной кровли , так как он имеет ряд преимуществ. К ним можно отнести:
- Практичность. Двухскатная кровля обладает значительным углом наклона, благодаря которому дождевая вода не скапливается на ее поверхности, а снеговая и ветровая нагрузка распределяются наиболее оптимально.
- Простота устройства и эксплуатации. Сборка и стыковка двух скатных элементов производится значительно проще, чем у сложных кровельных конструкций. К тому же, ремонт такой крыши будет также несложным.
- Эстетичность. Кровля с двухскатной конструкцией органично пишется в окружающую инфраструктуру.
- Надежность (если осуществлен правильно).
- Демократичная цена составляющих материалов.
Виды скатных крыш
Двускатная крыша — стропильная система под металлочерепицу
Каркас из стропил под двухскатную крышу из металлочерепицы не имеет существенных отличий
от конструкций с другими укрывающими кровельными материалами.
Но, ввиду того, что металлические тонкие листы имеют малый удельный вес , стропила будут испытывать меньшую постоянную нагрузку.
Это позволяет уменьшить значение их поперечного сечения, за счет чего удастся значительно сэкономить на покупке деревянных материалов.
Для кровли под металлочерепицу оптимальный угол наклона должен составлять не менее 14 градусов.
Для кровли с двумя скатными элементами применяются следующие варианты обустройства каркаса:
Наслонные стропила под металлочерепицу.
В этом случае 2 несущие стропильные ноги скрепляются между собой при помощи лежня (горизонтально) и стойки (вертикально). Лежень укладывается параллельно мауэрлатному элементу, принимая при этом на себя часть силовых воздействий. Стропильная система под металлочерепицу воспринимают на себя только изгибающие нагрузки , что значительно влияет на подбор расчетного поперечного сечения. Такая система может применяться для зданий с большими и малыми пролетами.
Виды стропил
Висячие стропила.
В отличие от наслонных систем, в таком варианте две стропильные ноги скрепляются между собой только в коньковом узле . При этом возникают существенные распирающие усилия на несущие элементы, что ограничивает применение висячих стропил только для зданий с пролетом не более 6 м. В некоторых случаях встречается установка дополнительного связующего элемента – затяжки, принимающего на себя часть распорных нагружений.
Они могут быть выполнены из дерева или метала, а также устанавливаться внизу (выполняют роль несущей балки) или вверху треугольной конструкции. Стоит учесть, что чем выше располагается затяжка, тем большие усилия она будет воспринимать.
ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!
Для обеспечения качественной работы затяжки необходимо позаботиться о надежности скрепления с несущими стропильными ногами.
Комбинированный вариант
Используется для создания оригинальной кровельной конструкции. Включает в себя элементы как висячей, так и наслонной системы.
Как рассчитать угол наклона стропил?
Для осуществления двухскатной крыши нужно знать несколько геометрических значений здания , а именно:
- Половина ширина пролета — L;
- Расстояние от несущей стены до конька крыши (или высота опорной стойки) – H.
Стандартная формула: α = arctg(L/H)
Где α – искомый угол наклона кровли.
Зная это значение можно вычислить длину несущей стропильной ноги:
l = H/sinα.
Где l – длина стропильного элемента.
Угол наклона стропил
Как рассчитать нагрузку?
Для осуществления правильного подбора деталей каркаса крыши необходимо рассчитать значения временной и постоянной нагрузки
, действующих на ее конструктивные элементы.
Постоянная нагрузка включает в себя вес всех элементов , а также масса самих несущих элементов и обрешетки.
В состав временных вариантов нагружения входят силовые воздействия от ветра, снегового покрова, дождевых масс, а также вес человека (для учета вариантов последующего ремонта).
Расчет постоянной нагрузки
Вес кровельного пирога.
Определяется путем сложения масс всех его элементов, а именно паро-, гидро- и теплоизоляции, а также кровельного настила из металлочерепицы. При этом вес одного погонного метра (можно найти в нормативной документации) умножаются на значение его длины.
Вес стропильной системы.
Определяется путем сложения весовых значений обрешетки, чернового настила, а также несущего каркаса. Масса каждого элемента рассчитывается по формуле:
M = V * p ,
Где V – объем элемента, рассчитываемый в зависимости от геометрических характеристик поперечного сечения и длины элементы;
P – Плотность используемой древесины (зависит от породы).
Общая постоянная нагрузка= вес стропильной системы + вес кровельного пирога.
Расчет временного нагружения
Ведется в соответствии с нормативной документацией (СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» или Еврокод «Воздействия на конструкции» часть 1-4).
Для определения значения ветрового воздействия конструкцию крыши условно разделяют по высоте на несколько частей. Для каждой из них рассчитывается значение ветровой нагрузки. Для получения общего ветрового давления их необходимо суммировать.
Формула для расчета:
Wm=Wo×k×c ,
Где Wm – значение ветровой нагрузки;
Wo – нормативное значение давления ветра, определяемое по картам районирования;
k – коэффициент давления ветра (определяется в зависимости от высоты по нормативной документации);
с – аэродинамический коэффициент (для двухскатной крыши – 0,8).
Определяется по формуле:
S = µ×So ;
Где So – нормативное значение снеговой нагрузки, определяемое по карте районирования.
µ — коэффициент, который определяется в зависимости от угла наклона крыши:
- Для α≤30 град. — µ=1
- Для α≥60град. — µ=0
- Для 30≤α≤60 град. — µ=0,033×(60-α)
Районы снеговой нагрузки
Как выбрать брус и рассчитать шаг стропил под металлочерепицу?
Определение значения поперечного сечения бруса стропильного элемента производится в несколько этапов.
Расчет нагрузки, распределенной на каждом погонном метре конструкции:
Qр = L×Q ;
L – Шаг стропил.
Значение L рассчитывается следующим образом:
Длину ската крыши делят на предполагаемый шаг конструкций (для удобства чаще всего принимают равным 1). Затем к полученному значению прибавляется 1. Полученное значение отражает количество стропил, которые нужно установить на одну скатную поверхность крыши. На последнем этапе определяется значение осевого расстояния между стропильными элементами, путем деления длины ската кровли на количество стропил.
Расстояние между стропилами под металлочерепицу — стандартный шаг составляет 0,6-0,95 м.
Шаг стропил
Затем определяемся с максимальным рабочим участком стропильной ноги (Lmax). Переходим к расчёту поперечного сечения. Для этого находим его высоту по формуле:
H ≥ 8.6*lmax * sqrt(Qp/(b*r)) , при уклоне кровли α<30 град;
H ≥ 9.5*lmax * sqrt(Qp/(b*r)) , при уклоне кровли α≥30 град;
Где b – ширина поперечного сечения,
r – значение нормативного сопротивления древесины к изгибающим нагрузкам (определяется по нормативной документации в зависимости от сорта древесины).
Для упрощения расчетов нужно пользоваться таблицей стандартизации стропильных элементов (ГОСТ 24454-80 «Пиломатериалы хвойных пород. Размеры»).
При несоблюдении неравенства необходимо увеличить значение геометрических характеристик сечения и повторить расчет.
В чем отличие стропильной системы для холодной и теплой кровли?
Главным отличием этих двух кровель является система опирания стропильных элементов. В случае устройства теплого чердака главным опорным элементом служит мауэрлат, а также опорная балочная система. В холодной кровле стропила устанавливаются непосредственно на несущие стены .
Монтаж стропил под металлочерепицу
Все монтажные работы по устройству кровли ведутся на достаточно большой высоте. Чтобы свести к минимуму риск падений, а также значительно упростить высотные работы, можно собрать каркас несущей стропильной системы на земле
.
Для этого необходимо создать шаблон из досок, по которому и будет осуществляться дальнейшая сборка.
Он изготавливается в несколько этапов:
- Доски подымаются над стенами здания, выравниваются, а затем скрепляются при помощи гвоздя.
- Выравнивают угол наклона досок в соответствии с проектом, путем их опускания и подъема. Элементы фиксируются.
- В результате должна получиться конструкция, напоминающая по форме будущую стропильную систему, выполненную в соответствии с расчетными геометрическими размерами крыши.
- Шаблон опускается на землю, в соответствии с ним чистовые элементы фиксируются между собой. Более подробно на видео ниже.
Затем следует позаботиться об установке опорного элемента – мауэрлата. Как говорилось ранее, он укладывается на несущие стены в продольном направлении. Крепление производится при помощи шпилек (на армопоясе или кладке) или с помощью катанки (для зданий с небольшой кровельной высотой).
ОСТОРОЖНО!
При использовании шпилечного соединения, связующие элементы не нужно наглухо замуровывать в стену. Они должны выступать из стены на 30-40 мм, так как на шпильки будет накручиваться гайка.
Следующим этапом будет создание конькового прогона , служащего опорной частью для всей конструкции двухскатной кровли. Он выполняется из бруса или отесанного бревна. В случае, если пролет здания не более 6 м, его опирание может осуществляться без дополнительных опорных элементов. В противном случае для монтажа нужно использовать строительные фермы.
Монтаж. Часть 1
После установки этих элементов можно осуществлять подъем и монтаж основного стропильного элемента, собранного по шаблону. Скрепление с мауэрлатом может осуществляться 2-мя способами:
Жестким соединением. Осуществляется при помощи уголков и брусов. Реже используются скрепление посредством запила на стропильных ногах, с последующей фиксацией гвоздями или скобами.
Особенности: помимо основного соединения необходимо осуществлять привязку стропил к стене при помощи анкеров или проволочной конструкции.
Скользящим. В его основе лежит создание шарнирного соединения. Его делают при помощи стыкования элементов с использованием запилов. Элементы соединяются металлической закладной деталью с отверстиями для болтов, или 2-мя гвоздями, которые нужно забивать под углом.
Осуществлять монтаж деревянных ферм нужно в определенной последовательности. Сначала устанавливаются крайние фермы, расположенные на торцах здания. Затем между ними натягивается шнур или веревка, с помощью которых проверяется вертикальность их установки. Далее под шнуром ведется дальнейшая установка стропильных конструкций в соответствии с заданным проектным шагом.
Монтаж. Часть 2
Создание кровли из металлочерепицы – довольно трудоемкий процесс, требующий определенных навыков и набитой руки. Поэтому для осуществления правильного монтажа нужно как минимум работать под наблюдением грамотного специалиста.
Полезное видео
Видео-инструкция самостоятельной установки стропильных ног:
Крыша является одним из главных элементов дома, поэтому стоит уделить особое внимание правильному расчету каркаса крыши. Который будет выполнять функции скелета в вашем доме. Неправильный расчет всех нагрузок может привести к плачевным результатам в виде деформации кровли с последующим ее обрушением.
Прежде чем приступить к монтажу кровельного покрытия необходимо произвести расчет стропильной системы, который будет зависеть от используемого материала, конструкции, климатических условий.
На что стоит обратить внимание перед проведением расчета
Перед началом строительства крыши необходимо выбрать тип стропильной системы. После чего произвести расчет всех нагрузок, которые будут приходиться на кровлю. К основным нагрузкам относят – вес каркаса, материала кровли, утеплителя, потолка, а также учитываются временные нагрузки, среди которых выделяют – вес снегового покрова, возможные порывы ветра, вес человека при проведении монтажа и эксплуатации крыши.
Расстояние между стропилами рассчитывают исходя из выбранного вида стропил и материала которым будет покрываться кровля.
Виды стропил
При строительстве крыш различной конструкции используют висячие или наслонные стропила. Наслонные – используются при установке одно- или двухскатных крыш. Они имеют две точки опоры – несущие стены или несущая стена и коньковый брус. Висячие стропила используют, когда необходимо перекрыть большие пролеты или создается ломанная крыша. В этом случае стропила опираются одним концом на стену, а вторым на встречную стропилу. Качество материала из которого изготовляется каркас, будет непосредственно влиять на надежность всей кровли.
Материал для стропил
В настоящее время используют дерево и металл. Деревянный брус или бревно используют в строительстве жилых домов, гаражей и прочих постройках. Железобетонные или металлические стропила используют при строительстве промышленных объектов, торговых центров, где необходимы широкие пролеты.
Методика расчета
Расстояние между стропильными ногами называют шагом стропил. Он не должен превышать одного метра, а минимальное значение – 60 см. Прежде чем произвести расчет необходимо измерить величину ската крыши. После чего полученное значение делим на ориентировочную величину шага меду стропилами. К результату прибавляют единицу и производят округление до целого числа в большую сторону. Так мы узнаем число стропил, которое нам понадобиться. Для того чтобы узнать точную величину расстояния между стропилами, для этого нам надо поделить длину скоса крыши на число стропильных ног.
Для большей наглядности, рассмотрим пример расчета:
длина скоса кровли – 28,5 м
шаг между стропилами выбираем равный 80 см
к полученному числу прибавляем единицу: 35,625+1 = 36,625
в результате получаем, что нам необходимо 37 стропильных ног
точная величина шага стропил будет равна: 28,5/37 = 0,77 м
Это общая методика расчета, которая требует корректировки в зависимости от кровельного материала.
Зависимость шага стропил от материала кровли
Самыми распространенными кровельными материалами являются шифер, металлочерепица, профнастил, ондулин, мягкая кровля.
Стропильная конструкция для крыш из шифера
Шифер имеет широкое применение как кровельный материал, благодаря своей невысокой стоимости, устойчивости к перепадам температур. Из-за тяжести материала, необходимо устанавливать мощную стропильную систему. Расстояние между стропилами в этом случае будет зависеть от сечения бруса. Оптимальным значением является расстояние в 80 см, которое позволит не только выдержать повышенный вес, но и значительные снежные, ветровые нагрузки. Обрешетку в этом случае выполняют доской шириной не менее 3 см. В зависимости от вида шифера, обрешетку выполняют сплошной для гладких листов или разреженной для волновых.
Важно: шифер должен иметь не менее трех точек опор по краям и центру.
Шаг между стропилами для металлочерепицы
Все большее распространение среди кровельных материалов приобретает металлочерепица. Которая характеризуется простым процессом монтажа, а также поможет создать вашему дому свой уникальный вид. Листы металлочерепицы имеют малый вес, которые позволяют увеличить расстояние между стропилами от 600 до 950 мм, при сечении бруса 150х50 мм. Обрешетка в этом случае будет зависеть от шага волны листа. Так для волны в 350 мм возможно расстояние между досками в 30-40 см.
Важно: на свесах карнизов, ребрах скосов шаг обрешетки делается минимальным для большей надежности кровли.
Шаг стропил под профнастил
Профнастил – это оцинкованный лист стали, покрытый специальным покрытием, защищающим его от вредного воздействия окружающей среды. Большой выбор цветового решения, ширины гофры, позволит создать надежную и эстетически привлекательную крышу. Шаг стропил под профнастил будет напрямую зависеть от характеристики применяемого вида профиля, угла наклона кровли, ее конфигурации. Так же следует учитывать тот факт, что обрешетка под профлист крепится перпендикулярно. Стропильную систему изготавливают из брусьев сечением 50-75 мм либо из доски толщиной 20-50 мм и шириной – не более 15 см. Обрешетка может быть – сплошной с зазором между досками не более 10 мм, с обычным шагом – 20-40 см, и разреженная – расстояние между досками 50-75 см. Шаг стропил под профнастил рассчитывается по общей схеме и составляет 60-90 см.
Шаг стропил кровли из ондулина
Ондулин представляет собой волнистые листы, которые имеют высокую прочность и долговечность. При такой кровле стропильная система выполняется из сосновых досок сечением 50х200 мм, с шагом – 60-90 см. Сверху выполняется разреженная обрешетка 40х50 см.
Важно: если крыша имеет угол наклона больше 50 градусов, то обрешетка должна быть сплошной.
Определение шага стропил для односкатной крыши
Односкатная крыша проста и не потребует от вас особых навыков монтажа. Чаще всего ее устанавливают на гаражи, бани, пристройки. Каркас крыши состоит из брусьев, которые опираются на стены здания. Расстояние между стропилами односкатной крыши будет зависеть от длины стропил. Здесь следует правильно подойти к выбору сечения бруса, так как чем больше расстояние, тем больше нагрузка на стропила. Для правильного подбора шага односкатной крыши следует воспользоваться данными из таблицы:
Расстояние между стропилами для двухскатной крыши
Двухскатная крыша имеет наибольшее распространение, не только из-за простоты устройства, но также из-за высокой надежности. Шаг стропил двухскатной крыши вычисляется по общей схеме. Если скосы одинаковые с обоих сторон, то можно произвести расчет одной части. Для этого определяем угол наклона скоса, здесь следует учитывать материал, которым вы будете покрывать крышу. Так при угле в 45 градусов и более можно использовать все виды покрытий. Для шифера, черепицы минимальный угол наклона составляет 22 градуса, для профнастила и мягкой черепицы – 12 градусов, для металлочерепицы – 14 градусов, для ондулина – 6 градусов. Длину стропил для двухскатной крыши рассчитывают с помощью теоремы Пифагора, в которой длина – гипотенуза, а высота крыши и половина ее ширины – катеты. Если пролеты больше 6 метров, то стропильная система дополнительно укрепляется подкосами и бабками, которые не позволят деформироваться стропильным ногам под тяжестью кровельного материала.
Расстояние между стропилами под металлочерепицу в обязательном порядке учитывает усилия, складывающиеся из ветровой, снеговой нагрузки, собственного веса конструкций, кровли. Кроме того, влияют на шаг стропил под металлочерепицу следующие факторы:
- расположение труб – деревянные элементы кровли должны отстоять от дымохода на 25-35 см, не должны мешать прямым траекториям вентиляционных каналов, фановых труб;
- конфигурация кровли – необходимо наличие стропильной ноги в месте примыкания конька щипцовой, шатровой крыши.
Все деревянные элементы стропильной системы изготавливаются из деревьев хвойных пород, влажность которых не превышает 20%.
Шаг стропильных ног вычисляется на этапе проектирования для составления сметы. Это значительно снизит количество отходов, обрезков кроя пиломатериалов.
Что нужно знать при выборе оптимального расстояния между стропилами?
Схема кровли с висячими стропилами.
Собрав при прочностном расчете присутствующие нагрузки, проектировщик равномерно распределяет их на несущие стены. Принцип вычисления одинаков для наслонных, висячих стропил, отличаются лишь схемы крепления элементов в коньке, на мауэрлате.
Минимальный, максимальный шаг деревянных стропил под металлочерепицу регламентируются 0,7 м, 1,2 м соответственно.
При выборе шага 60 – 100 см длина стропил не может превышать 6 м, с ее уменьшением допускается разбежка до 1,2 м. Если поставить ноги чаще 60 см, это излишне утяжелит кровлю, увеличит бюджет строительства. Если увеличить шаг больше 1,2 м, резко снизится несущая способность, ресурс конструкции.
Сплошная обрешетка из деревосодержащих плит добавляет прочность, жесткость стропильной системы. При этом допускается увеличение шага на 0,3 – 0,2 м по сравнению с периодической обрешеткой из бруска либо обрезной доски. Однако для экономии бюджета строительства сплошная обрешетка для металлочерепицы используется крайне редко. Материал обладает достаточной прочностью, жесткостью за счет дополнительных поперечных ребер профиля.
Шаг больше 1,2 м не используется даже при применении стропил из металлопроката, несмотря на достаточный запас прочности материала. Это обусловлено возможным прогибом листов кровли во время обильных снегопадов, ураганного ветра.
Сечение бруса, из которого выполнены стропильные ноги, тоже влияет на шаг стропил, поскольку изменяется площадь опирания обрешетки, вес кровли. Оптимальным вариантом считается брус 150 х 50 мм с разряженной обрешеткой с шагом 4 – 7 см в зависимости от шага поперечной волны.
Пример расчета для двускатной крыши
При выполнении проекта специалистами на начальном этапе известен кровельный материал. Для того чтобы узнать рекомендуемый шаг стропил, можно воспользоваться таблицами СНиП, после чего скорректировать значение в соответствии с эксплуатационными условиями. Пример таблицы приведен ниже:
| Сечение ноги (см) | Шаг стропил (см) в зависимости от их длины (м) | ||
| 5 | 4 | 3 | |
| доска 20 х 2 | 70 | 120 | – |
| доска 18 х 2 | – | 100 | – |
| доска 16 х 2 | – | 70 | 130 |
| брус 22 х 6 | – | 120 | – |
| брус 20 х 5 | – | 110 | – |
| брус 18 х 5 | – | 90 | 150 |
| бревно 180 | 90 | 150 | – |
| бревно 150 | – | 90 | 150 |
| бревно 140 | – | 70 | 140 |
| бревно 130 | – | – | 110 |
Табличные значения соответствуют стропилам простых одно- двускатных крыш. Вначале выбирается сечение ноги, длина элемента, расстояние между центрами бревна, бруса получается автоматически. На следующем этапе длина ската в коньке делится на шаг стропил с добавлением единицы. Таким образом, подсчитывается количество ног с округлением числа в большую сторону. Затем остается скорректировать расстояние между деревянными стропилами по факту. Например, при длине конька 7,5 м, стропильной ноге сечением 16 х 2 см (доска) длиной 4 м получится:
7,5/0,7 = 10,7 + 1 = 11,7 шт. округляем до 12 стропил.
Уточнение размера позволяет вычислить межцентровое расстояние для монтажа после установки крайних ног:
7,5/12 = 62,5 см.
Слуховые окна располагают между соседними стропилами, в местах прохождения труб, дымоходов ноги смещают на расстояние, указанное в СНиП. Все остальные элементы системы остаются на местах, область примыкания к трубам при необходимости усиливается:
- в две соседних ноги врубается лежень;
- короткое стропило врубается в него одним концом, второй примыкает в коньке к элементу противоположного ската;
- смещенные ноги в верхней части опираются на коньковый прогон, закрепленный к двум стропильным фермам как минимум.
Таким образом, система получает необходимую жесткость без потери несущей способности, соблюдаются требования пожаробезопасности деревянных деталей крыши.
Материал стропильных ног
Материалом стропил чаще является брус 25 х 10 см – 15 х 4 см, позволяющий снизить бюджет строительства.
При выборе пиломатериала естественной влажности застройщик гарантированно получает усадку конструкции в первые полтора года на 5-7 см по высоте. Увеличив пункт сметы на обустройство стропильной системы на 70%, можно приобрести клееный брус, значительно снизив конструкционные нагрузки, повысить ресурс крыши вдвое.
Расстояние между стропилами останется неизменным, однако вместо строганного бруса 17,5 х 5 см, рекомендуемого строительными нормами для пятиметровых ног, расставленных через 0,6 м, можно обойтись клееным брусом меньшего сечения 15 х 4 см. Снизятся транспортировочные затраты, облегчится работа на высоте, крой материала.
Сборными стропилами из досок пользуются при одноименной схеме крепления ферм вальмовой крыши. Верхние скаты выполняются из одиночных досок, нижние из трех досок, сшитых саморезами со смещением в рядах.
Выбор металлических стропил оправдан при сложной конфигурации кровли, обилии вентиляционных труб, дымоходов, обойти которые с соблюдением требований СНиП, пожаробезопасности не представляется возможным. В этом случае шаг между стропилами максимально увеличивается, так как металлопрокат гораздо прочнее пиломатериала.
Если стропила крепятся в нижней части к мауэрлату, шаг ног не критичен, элементы могут при необходимости смещаться на нужное расстояние в любую сторону. Если используется схема опирания на затяжки, являющиеся балками перекрытия, сместить отдельные элементы гораздо сложнее. В этом случае увеличивается количество отходов кроя при обшивке чернового потолка, пола чердачного либо мансардного помещения.