Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Практически любая современная крыша малоэтажного дома построена на стропильной системе каркаса. В теории устройство крыши можно выполнить в виде плоского потолочного перекрытия. Но простое изготовление конструкции такой крыши нивелировано массой недостатков, потребуется основательное увеличение теплоизоляционного слоя и обеспечение принудительного удаления снега и дождевой — талой воды. Даже при строительстве гаражей или хозпостроек к такому устройству крыши прибегают в крайних случаях, предпочитая более сложный стропильный вариант.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Почему стропильные системы так популярны

Стропильная система появилась, как результат естественного отбора среди множества различных вариантов построения каркаса. Современное устройство стропильной системы крыши основывается на нескольких базовых элементах конструкции:

  • Стропильный каркас, представляющий собой набор балок одинаковой длины, образующих плоскость ската крыши. Стропила укладываются симметрично «шалашиком», верхним краем на самую высокую горизонтальную часть каркаса — коньковый прогон, и опираются на мауэрлат –толстую доску, пришитую на верхнюю горизонтальную плоскость кирпичной коробки здания;
  • База или система креплений, на которые опирается стропильный каркас,состоит из мауэрлата, лежней и балок потолочного перекрытия на верхней части стен здания. Благодаря такому устройству нагрузка от веса кровли и стропил пере распределяется, выравнивается и передается на внутренние и наружные стены дома;
  • Кровельная обрешетка совместно с дополнительными силовыми элементами – подкосами, распорами, ригелями служит для придания дополнительной жесткости стропильным балкам.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Для устройства стропильной системы крыши малоэтажного дома традиционно используются сосновые бревна и брусья. Это позволяет обеспечить легкое и одновременно жесткое устройство крыши. Попытки заменить деревянный брус стальным профилем приводят к утяжелению веса и стоимости стропильной системы минимум в два-три раза, а из-за многочисленных мостиков холода потребуется уложить дополнительный слой теплоизоляции.

Одной из наиболее популярных стропильных систем является устройство в виде двух или четырехскатной крыши с парным расположением стропил. В этом случае каркас из симметричных силовых элементов отлично воспринимает нагрузку в вертикальном и поперечном направлении по отношению к коньковому прогону.

Если преимущественное направление ветров на данной местности примерно одинаково, то возникающее из-за потока воздуха продольное усилие на устройство крыши чаще всего компенсируют, складывая фронтоны из кирпича. При сильном и переменчивом ветре более рационально применить четырехскатную вальмовую конструкцию.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Устройство и особенности стропильной системы

Понятно, что использование стропильной технологии направлено на формирование скатов крыши с наиболее рациональным для данной местности углом наклона ската. Чем круче угол наклона, тем быстрее и легче удаляются дождевая вода и снег.

Для оценки нагрузки можно использовать сведения метеорологической службы о мощности и максимальном давлении слоя снега на метре квадратном плоской крыши для различных регионов страны.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Для стропильной системы нагрузка на элементы стропильной системы снижается, исходя из угла наклона ската кровли:

  1. Для вариантов с углом наклона до 10-20о уменьшение давления массы снега крайне незначительно, в среднем на низкую кровлю приходится усилие в 80-90% от значения для плоской поверхности;
  2. Для скатов кровли, установленных под наклоном в 25о, нагрузка составит 70% от «плоской» величины, тогда как для угла в 65о давление снега снизится на 70-80%;
  3. На более крутых скатах давление вообще не берется во внимание, в этом случае расчет прочности стропильной системы делается на основе ветровой нагрузки.

Поэтому даже в небольших коттеджах и домах в качестве материала для устройства стропильной системы используют бревно или брус, сечением не менее 100-150 мм.

Виды стропильных систем

Конструкция стропильной системы каркаса крыши чаще всего выполняется по схеме с висячими или наслонными стропилами. Использование конкретной схемы определяется множеством факторов, среди которых определяющее значение играют размеры дома и потолочного перекрытия, наличие внутренних стен или перегородок, характер использования чердачного помещения.

Основные различия между наслонными и висячими стропилами сводятся к следующему:

  1. Система с наслонными стропильными элементами или ногами всегда используется в случаях, когда есть возможность подпереть коньковую балку крыши вертикальной стойкой с опорой на капитальную стену внутри здания. Чаще всего это большие коробки с расстоянием между наружными стенами более шести метров. В конструкции висячих стропил такой опоры не предусмотрено, кроме того, коньковая балка должна быть поднята над горизонтальным уровнем мауэрлата не менее чем в 1/6 расстояния между стенами;
    Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция
  2. У висячих стропил верхние концы стропил жестко скрепляются между собой и коньковым прогоном. Нижние опоры стропильных балок опираются на мауэрлат с частично скользящей посадкой. Такое устройство позволяет частично компенсировать и выровнять дрейф и боковой крен при нагрузке от ветра. Система с наслонными стропилами может иметь узел врезки в коньковую балку в двух вариантах – со свободной посадкой и жесткой фиксацией.

В случае со свободной посадкой конца стропила на коньковый прогон каждая пара балок двухскатной крыши между собой не скрепляется, а врезается по скользящей схеме. В нижней части стропильные ноги крепятся к мауэрлату в виде жестко закрепленного шарнира, с помощью болтового соединения или гвоздей. Под нагрузкой такое устройство работает, как безраспорная стропильная система, благодаря тому, что любое вертикальное или боковое усилие на стропильную систему не приводит к появлению в опорных точках на мауэрлате горизонтальных распирающих сил.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Во втором случае наслонные балки на коньковом прогоне крепятся жестко с усиливающими накладками из металла или доски, примерно как в случае с висячими стропилами. Нижний край устанавливается на мауэрлате с вырезом на стропиле опорной поверхности и боковыми направляющими, предотвращающими скручивание доски или бруса.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Узлы стропильной системы

Чтобы обеспечить необходимую прочность устройства стропил, особенно для зданий с пролетами более 8-9 м длиной, требуется использовать бревна и брус значительной толщины, что делает сборку каркаса крыши очень тяжелым и дорогостоящим занятием. Проще и эффективнее установить дополнительные силовые элементы, компенсирующие прогиб или передающие основную часть усилия на менее нагруженные части каркаса.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Например, для компенсации прогиба стропильной ноги используют два основных элемента- подкосы и вертикальные стойки. В зависимости от устройства стропильной системы силовые стойки могут устанавливаться в центральной части и поддерживать коньковый прогон, принимая на себя часть нагрузки от веса каркаса. Элементы могут комбинироваться с подкосами в срединной части стропил, тем самым передавать нагрузку от боковых прогонов на затяжку или лежни — продольные брусы, опирающиеся на потолочное перекрытие или внутренние капитальные стены. Подкосы не врезаются в тело стропил, а крепятся гвоздями, болтами, саморезами через стальные пластины или деревянные накладки.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Вторым по популярности элементом для усиления висячих стропил является ригель или поднятая затяжка. Этот элемент позволяет уменьшить горизонтальное распирающее действие стропильных ног и всей системы, в отличие от предыдущих, работает на растяжение, поэтому устройство крепится к боковой поверхности стропил с помощью хитрого самозатягивающегося узла, называемого полусковороднем.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Для наслонных стропильных балок используется похожий элемент, называемый схватка. Если устройство каркаса, длина и толщина стропильных балок не обеспечивают должной устойчивости треугольника, в этом случае приходится устанавливать дополнительную горизонтальную распорку – схватку. Такой способ усиления системы эффективен для противодействия неравномерным ассиметричным нагрузкам, например, сильному косому ливню или резким порывам ветра.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

 

Для получения длинного потолочного бруса или затяжки, длиной более 8 м, часто приходится сращивать два шестиметровых куска по схеме, приведенной на рисунке.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Одной из проблем, характерной для висячих стропил при большой длине пролета, может быть прогиб в центре затяжки основания потолочного перекрытия. В этом случае прибегают к устройству подвеса или бабки. Несмотря на внешнюю схожесть со стойкой, этот элемент работает на растяжение, поэтому его сечение может быть значительно меньше. При установке бабки необходимо предусмотреть устройство натяжения, позволяющее выбрать зазоры и выровнять прогиб затяжки.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

Крепление элементов стропильной системы в узлах и соединениях, как правило, выполняется с помощью гвоздей 150-200 мм, забиваемых под разным углом и расстоянии от края бруса. С обратной стороны гвоздь загибается с заворотом. Такое устройство крепежа позволяет избежать эффекта «самовытягивания» гвоздя из посадки в бревно или брус. Если в стропильной системе применяется брус, наиболее удобным будет выполнить соединение с помощью накладных стальных профилированных пластин, уголков и держателей.

Виды стропильных систем крыши — их устройство и конструкция

В ряде случаев применение таких устройств позволяет выполнить временную или предварительную сборку стропильных балок на саморезах, точно вымерять размеры и места запилов, и только после этого сделать капитальный крепеж.

Конструкция

Чтобы делать все осознанно, необходимо разобраться со строением двускатной кровли и назначением всех ее элементов. Начнем по порядку.

Мауэрлат

Это большой брусок, закрепленный на несущих стенах по периметру здания. Именно на этот элемент приходится большая часть нагрузки от кровли. И именно мауэрлат передает ее на несущие стены.

Для этого элемента используют бруски квадратного сечения размером 100*100 мм или 150*150 мм. Их соединяют со стенами при помощи вмурованных шпилек. Если баня деревянная, то мауэрлатом обычно служит верхний венец. Для всех остальных видов стен делают пояс из армированного бетона, в который встраивают шпильки. Затем брус выбранного сечения «надевается» на шпильки и притягивается гайками. Иногда его еще дополнительно закрепляют длинными штырями.

Так как толщина стен часто больше ширины мауэрлата, его с наружной стороны брус можно заложить кирпичами. Это сделает систему более надежной. Только древесину нужно обернуть двумя слоями рубероида — для защиты от влаги и гниения.

Стропильные ноги и конек

Конек — это горизонтальный деревянный брусок, расположенный в верхней точке кровли и соединяющий два ската. На него и на мауэрлат опираются стропильные ноги или стропила. Так как на конек приходится достаточно большая нагрузка, его нужно делать немалого сечения и выбирать древесину прочных пород.

Высота конька кровли определяется исходя из уклона кровли и ширины здания. Угол уклона кровли — величина, которая зависит от климатических факторов: если снега зимой много, то нужно делать скаты более крутыми. С них снег будет хорошо сходить. Если же в регионе сильные ветра, высокая кровля будет испытывать сильные нагрузки и ее может повредить.

Для средних условий оптимальным угол ската крыши порядка 35°-45°. Они и не сильно будет нагружаться ветром, и снег не будет сильно залеживаться. К тому же с таким углом можно выбирать любой тип кровельного покрытия: и любую из черепиц, мягкую кровлю, шифер, металлочерепицу.

Еще помните, чем выше поднят конек (круче скаты), тем больше будет площадь кровли. А это приведет к том, что затраты на покупку кровельных материалов и объемы работ будут большие.

Зная угол уклона и ширину вашей бани, можно посчитать высоту конька крыши. Для этого ширину здания нужно разделить на два (если конек будет посередине, а не смещен в одну или другую сторону) и умножить на тангенс угла уклона (первая формула на рисунке). Чтобы не искать в математических таблицах необходимый коэффициент, он выписан и сведен в простую таблицу.

Угол уклона кровли 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Tg A (расчет высоты конька) 0,08 0,17 0,26 0,36 0,47 0,59 0,76 0,86 1 1,22 1,45 1,78
Sin A (расчет длины стропил) 0,09 0,17 0,26 0,34 0,42 0,5 0,57 0,64 0,71 0,77 0,82 0,87

 

Половину ширины дома умножаете на данный коэффициент. Получаете высоту конька для вашей бани. Например, ширина бани 4 метра, угол выбран 35°. Считаем:  4 м / 2 * 0,76 = 1,52 м — высота конька от перекрытия.

Теперь о стропильных ногах. Их делают из брусков сосны или ели, а лучше — лиственницы. Сечение 50*150 мм или 50*100 мм. Выбор толщины брусков зависит:

  • От выбранного кровельного материала. Чем больше он весит, тем толще должны быть бруски.
  • От климатических условий. Много снега или сильный ветер — берите более мощные.
  • От шага установки. Чем меньше шаг, тем более тонкие можно устанавливать стропила. Шаг может быть от 60 см до 120 см. В каждом случае нужно считать, но обычно получается, что выгоднее поставить чаще более тонкие бруски, чем реже, но более толстые — разница в стоимости пиломатериалов очень значительная. Она даже перекрывает большее количество работы при меньшем шаге установки стропил.

Длина стропильной ноги высчитывается тоже по математической формуле: высота конька делится на синус угла наклона (вторая формула на рисунке). Синусы углов наклона тоже есть в таблице. Находите нужное значение и считаете. Например, для найденного нами конька 1,52 м и угла наклона 35° стропила будут нужны 1,52 м / 0,57 = 2,67 м.

Свес крыши и кобылки

Но кровля не заканчивается ровно над несущей стеной. Она продолжается за пределы стен примерно на 40 см. Этот выступ называют свесом крыши. Это сделано для того, чтобы вода стекала дальше от фундамента, не подмывала его. Потому и стропильные ноги берут длиннее. Если их длины не хватает, их доращивают досками, которые называют «кобылками».

Виды стропильных систем

Стропильные системы бывают с висящими или наслонными стропильными ногами. Висящие опираются только на наружные стены здания (на мауэрлат или верхний венец). Для того чтобы увеличить надежность системы, чтобы не развалить стены, их соединяют затяжками (называют еще перемычкой или ригелем). Этот тип стропильной системы подходит для зданий небольшой ширины (меньше 10 м) и в тех случаях, когда нет несущей стены, идущей посередине.

Второй тип системы — с наслонными стропилами. Они опираются на коньковый брус и мауэрлат, но нагрузка с кровли распределяется еще и на среднюю несущую стену, через вертикальные бруски — прогоны, которые устанавливаются с тем же шагом, что и стропила и опираются на нижнюю затяжку.

Установка стропил двухскатной крыши своими руками

Для большей части бань систему делают с висящими стропильными ногами — размеры позволяют это сделать. В этом случае меньше расход пиломатериалов и меньше времени требуется на ее обустройство. Большую часть работ при этом можно перенести на землю.

Делают один треугольник из стропил по всем правилам и размерам. Примеряют его, а потом изготавливают нужное количество его точных копий. Готовые стропила с затяжками и ригелями, скрепленные и вымеренные, поднимают на крышу. Там выставляются строго вертикально в обозначенных местах и закрепляются к мауэрлату и коньку.

Пример того, как можно сделать двускатную кровлю с висящими стропилами сморите в видео.

При длине ската крыши более 4,5 метров для повышения надежности системы устанавливают вертикальные стойки, которые одним концом подпирают стропильную ногу, а вторым упираются в балку перекрытия. Это делают вне зависимости от типа установки стропил: и на висящих, и на наслонных. Устанавливают еще и уклоны, которые делают конструкцию еще более жесткой.

В любом случае стропила нужно будет крепить к коньковому брусу, а также к мауэрлату. На рисунке ниже представлены варианты крепления к коньку.

Необходимо будет также прикрепить стропила к мауэрлату. Как это можно сделать — смотрите на фото ниже.

Устройство обрешетки

Изготовление двускатной крыши своими руками заканчивается устройством обрешетки под кровельный материал. Для этого по наружной стороне стропил раскатывается гидроизоляционная пленка или мембрана. Настилают ее в горизонтальном направлении. Начинают снизу, продвигаясь вверх. Второй и все последующие ряды укладывают с нахлестом не менее 15-20 см. Закрепляют маленькими гвоздями или скобами из скобострела.

Есть два способа — с контр-обрешеткой или без. Контробрешетка набивается по стропилам, а сверху уже бруски обрешетки. Так между гидроизоляцией и кровельным материалом образуется воздушный зазор. Это вариант лучше с той точки зрения, что просыхать такая крыша будет лучше и быстрее. А это для бань очень важно.

Без контробрешетки бруски набиваются сразу поверх гидроизоляции. Зазор тут есть тоже, но он меньше, следовательно, вентиляция будет хуже. Но и такой вариант приемлем: меньше расход материалов и работы тоже.

После изготовления обрешетки остается только закрепить выбранный кровельный материал.

Итоги

Теперь вы знаете, как сделать двускатную крышу своими руками. Из всех типов — это самый простой вариант, который может изготовить и неспециалист.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.