Устройство стропильной системы крыши — расчет нагрузок

В таблице приведены только общие названия, каждый вид кровли имеет свои дополнительные элементы. На крышах могут быть окна и фронтоны, водостоки и иные инженерные конструкции.

Нагрузки на крышу

В зависимости от продолжительности действий нагрузки на крышу подразделяются на два вида:

  • Постоянные.
  • Временные.

К постоянным нагрузкам относится собственный вес крыши, который складывается из:

  • Веса стропильной системы и обрешетки.
  • Кровельного материала.
  • Веса теплоизоляционного слоя (если кровля утеплена).
  • Веса отделочных материалов внутренней стороны кровли (на мансардных этажах).

Временные нагрузки на крышу подразделяются на:

  • Длительные — снеговые нагрузки и температурные климатические воздействия с пониженными нормативными значениями.
  • Кратковременные — снеговые нагрузки и температурные климатические воздействия с полным нормативным значением, ветровые нагрузки, гололедные нагрузки, нагрузки от людей и ремонтных материалов (возникают во время монтажа, ремонта и обслуживания крыши)
  • Особые — сейсмическое воздействие на стропильную систему.

Перейдем к детальному анализу каждого типа нагрузки.

Как выбрать тип стропильной системы для 4-скатной кровли?

При отсутствии центральной опоры кровли, выбор делается в пользу висячей стропильной системы. Если для каждой стропилины можно найти верхнюю и нижнюю опоры, то следует выбрать наслонную конструкцию. Этот вариант проще и доступней для непрофессиональных мастеров. Нужно лишь запомнить два главных условия: при жестком креплении низа и верха стопил, необходим усиленный мауэрлат, так как на него передается распор; при шарнирном креплении или полужестком соединении (например, верх шарнирный, а низ – жесткий или наоборот), мауэрлат усиливать не нужно:

Как выбрать тип стропильной системы для 4-скатной кровли?

Выбор одного из видов четырехскатной кровли должен быть обусловлен формой самого дома. Для квадратных домов возводятся шатровые стропила, для прямоугольных – вальмовые. Также, можно встретить сложные многоскатные крыши комбинированного вида, которые содержат и вальмовые и шатровые элементы.

Как выбрать тип стропильной системы для 4-скатной кровли?

И вальмовые и шатровые конструкции сохраняют основные функции двускатной кровли (например, возможность обустройства мансарды) и смотрятся очень эстетично:

Как выбрать тип стропильной системы для 4-скатной кровли?

Основные элементы стропил

Состоит каркас из таких частей:

  • Мауэрлат. Опорный брус, принимающий на себя вес объемной конструкции и равномерно распределяющий его на несущие поверхности.
  • Стропильная нога. Предназначена для образования формы кровли и крепления внешнего покрытия.
  • Прогон. Соединяет ноги стропил в верхней и нижней части, замыкая их в треугольник.
  • Затяжка. Предотвращает растяжение фермы, устанавливается в средней ее части.
  • Стойка. Служит опорой для удерживающего стропила бруса.
  • Подкос. Поддерживает стропило, перенося нагрузку на основу опоры.
  • Обрешетка. Конструкция, имеющая решетчатую или монолитную поверхность. Предназначена для крепления накрывного материала.
  • Кобылки. Брус, который прибивается к стропилу для образования свеса. На досках делается небольшой вырез для фиксации на брусе.

Установка стропил проводится так, чтобы детали соединялись по принципу шип-паз. Дополнительное крепление стыков проводится гвоздями, скобами, пластинами и уголками.

Стропильная система двухскатной крыши ‒ Классификация по типу ската

Второе разделение, можно сделать по типу ската. Стропильная система двухскатной крыши, предполагает наличие двух видов конструкции:

Двухскатная крыша c ломаными и прямыми скатами

Стропильная система двухскатной крыши ‒ Классификация по типу ската
  1. С прямыми скатами. Довольно простой и менее трудозатратный, вариант. Позволяет выполнить монтажную работу, быстро и без серьезных затруднений. Большим минусом, такого вида кровли, является маленькое пространство мансарды.
  2. С ломаными скатами. Такой тип кровли дома, более сложный в исполнение. Предполагается наличие линии, которая позволяет изменять угол наклона. Его, в нижней части ската, нужно делать большим, чем в верхней. Такой подход, позволяет поднять потолок и серьезно увеличить полезную площадь мансарды. Монтаж, подобной стройконструкции, предполагает установку, в месте перелома, дополнительного ригеля.
Читайте также:  Как правильно установить громоотвод на деревенском доме

Методика вычисления расстояния между стропилами

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

Методика расчета шага каркаса крыши:

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

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

Металлическая стропильная система для крыши

Металлический крепеж для стропильной системы это каркас, что состоит из стропил и обрешеток. Он предоставляет все инженерные функции: в первую очередь несущую, функцию термоизоляции, зимние нагрузки от снега и весенние и осенние от дождя. Именно из-за этих факторов стропильная система должна быть хорошо спроектирована на несущую способность, прочность и прочие важные функции. Металлические стропила используются в строительном производстве достаточно давно в первую очередь для того, чтобы конструкция кровли была более жесткой, но до недавнего времени они применялись в основном для промышленного производства. В наши дни новые технологии позволяют использовать стропильный каркас и обрешетку с металла для любых сооружений, как более качественную альтернативу элементам крыши с дерева, но этого нужно, чтобы длина ската была свыше десяти метров.

Металлическая стропильная система для крыши

Данная конструкция приставляет собой сложное инженерное решение, которые образовывает фермы, множество различных элементов, что взаимосвязаны. При проектировании необходимо сделать верный расчет нагрузок, которым будет подвергаться конструкция в разные времена года, а также учесть все факторы, которые будет на неё действовать, именно эти данные дадут возможность запроектировать шаг и величину сечения опорами и стропилами. Несущую способность конструкции определяет сечение стропил и шаг между ними, по проекту необходимо ещё учесть снеговую нагрузку, за которую закладывают около 500-600 кг. Стропила размещают исключительно под углом к основанию крыши для сформирования наклонности скатов, для того что бы вода и снег могли стекать с крыши. Крепления покрытие кроквы производиться к каркасу кровли, для фиксации покрытия используется обрешетка, что правильно распределяет вес по балкам. Точный инженерный расчет определит, какими должны быть узлы, стропила и остальная кровельная конструкция, для этого необходимо определить максимальную суммарную нагрузку, которая будет действовать на конструкцию. Максимальная нагрузка это сумма массы кровельного материала, гидроизоляции, максимальной снеговой нагрузки.

Металлическая стропильная система для крыши

Стропила из дерева: преимущества и недостатки ↑

Обычно для изготовления стропил используется древесина хвойных пород. К ней весьма серьезны требования по сортности, наличию дефектов и ряду иных показателей, основной из которых влажность (не более 18%). Кроме того, согласно СНиП кровельные конструкции обязаны выдерживать совокупную нагрузку порядка 200 кг на один квадратный метр. Это значит, что толщина и прочностные показатели бруса должны быть высоки.

Читайте также:  Какую мембрану выбрать для кровли

Важно! Оптимальным считается сечение стропил, равное 50×150 мм, при этом величина площади поперечного сечения должна быть не менее 50 кв. см.

Иногда случается, что доски для стропильной системы не соответствуют заявленным требованиям. В таком случае их соединяют вместе, наращивая необходимые величины длины или ширины.

Стропила из дерева: преимущества и недостатки ↑

К основным недостаткам древесного материала относятся:

  • огнеопасность;
  • восприимчивость к вредителям;
  • недостаточный выбор брусьев по длине при строительстве больших зданий.

Для производства стропил используется брус сечением 50х150 мм

Первые два фактора нейтрализуются при помощи специальных средств, регулярное нанесение которых и пропитка древесины до начала монтажных работ помогают справиться с природными особенностями дерева. Что касается третьего момента, то здесь возможны два решения: наращивание длины при помощи соединения необходимых элементов или выбор иного материала.

Обычно останавливают на первом варианте, несмотря на трудоемкость данного процесса. Причина в преимуществах деревянных стропил перед другими системами:

  1. Экологичность материала;
  2. Небольшой вес;
  3. Возможность проведения монтажа без участия строительных машин;
  4. Невысокая стоимость;
  5. Возможность корректировки размера на рабочем участке;
  6. Многообразие способов крепления элементов системы между собой и к стенам дома.
Стропила из дерева: преимущества и недостатки ↑

Таким образом, получается, что древесина – это не только дань традиции, но и действительно удобное решение при разработке и монтаже стропильной системы.

Дерево – материал наиболее часто используемый для стропил

Уклон кровли

Роль уклона кровли очень велика, ведь он способствует удалению атмосферных осадков с крыши. Его выражают в процентах или градусах. В основном при строительстве домов кровли делают пологими, скаты имеют одинаковый уклон.

От уклона кровли, которому вы отдадите предпочтение, будет зависеть и материал для покрытия, и тип отвода дождевой воды с крыши. Водоотвод бывает организованным (внутренним или наружным) и неорганизованным (наружным).

В состав внутреннего организованного водоотвода входит стояк, водоприемная воронка, отводная труба и выпуск. Использовать эту конструкцию можно во всех климатических областях.

В состав наружного организованного водоотвода входят водосточные желоба и наружные водосточные трубы. Его можно использовать в климатических областях, где снаружи в водосточных трубах вода почти не замерзает.

Если водосток неорганизованный, то вода будет стекать по всей длине нижнего края ската, никаких дополнительных приспособлений не требуется. Этот тип водостока показан для климатических областей, где количество осадков незначительно.

Подвижные  крепления стропил

Подвижное крепление стропил

Деревянные постройки имеют склонность к усадке, поэтому крышу для них следует монтировать на специальные крепления. Изменение размеров отдельных элементов приводит к возникновению напряжений, которые могут вызвать разрушение конструкции. Для этого место крепления стропильной ноги и мауэрлата или бревна требуется создавать так, чтобы стропило могло двигаться перпендикулярно стене. Использование скользящей опоры для стропил позволяет добиться необходимого результата. Подобные крепления бывают двух типов – открытые и закрытые. В  первом случае используется уголок, одна из сторон которого загнута и удерживает второй элемент. Г-образная часть крепления фиксируется к направляющей, а второй элемент соединяется с мауэрлатом.

Если мауэрлат имеет округлую поверхность, то на ней вырезают площадку, позволяющую расположить крепление. Установка выполняется так, чтобы подвижный элемент мог перемещаться по всей длине направляющей.

Когда уклон крыши невелик, используют всего одно крепление на каждую стропильную ногу, а для больших углов стропильные балки в месте контакта с мауэрлатом удерживаются креплениями с двух сторон.

Альтернативой открытому креплению является закрытое, где подвижная часть надежно зафиксирована. Главное отличие подобного крепежа в том, что он монтируется целиком, в то время как открытый может быть смонтирован отдельно, а затем уже собран.

Все подобные крепления изготавливаются методом штамповки из нержавеющей стали. Величина свободного хода зависит от компании-производителя и находится в пределах от 6 до 16 см. Количество отверстий для крепления направляющей тоже различается.

Читайте также:  Каким должен быть уклон односкатной крыши из профнастила?

Типы стропильных систем — чем они отличаются между собой

Выбирается тот или иной тип стропильной системы не спонтанно, а в зависимости от конструкции строящегося дома и его размеров. Далее о каждом виде стропильных систем.

Система с висячими стропилами

Типы стропильных систем — чем они отличаются между собой

Они хороши для крыш с двумя скатами, где пролет не более 6 метров, а стен внутри не имеется. Внизу опорой стропил служит мауэрлат, а вверху – они опираются друг на друга. Еще имеется затяжка, уменьшающая распор стропил на стены дома. Балочные затяжки размещены в самом низу стропильных ног – они одновременно служат в качестве балок перекрытия. Кстати перекрытие верхнего этажа, выполненное из железобетона, тоже может играть роль затяжки. Если затяжку делают повыше, она уже называется ригелем. Если пролет между наружными стенами более 6 м необходимо применение опорных стоек и раскосов для поддержания стропильных ног. При этом длинна нижней части стропил т. е. части после подпорки, должна быть не более 4,5 м.

Перечислим несколько важных фактов об их конструкции:

Типы стропильных систем — чем они отличаются между собой
  • Опирать свес крыши на низ стропильных ног, выведенных за пределы стены, не стоит. Гораздо лучше для опоры таких стропильных систем крыши подойдет кобылка (при этом ширину свеса делают до метра). И тогда нога будет всей плоскостью опираться на мауэрлат. Сечение кобылок обычно меньше сечения стропильных ног.
  • На скате нужно прибить ветровую доску, от конька к мауэрлату. Наклон делают от чердака. Это необходимо, чтобы крыша стала жесткой, не шаталась и не разрушалась ветром.
  • Если влажность деревянного стропильного материала более 18 %, готовьтесь к тому, что система стропил после высыхания дерева может стать шаткой. Поэтому соединяйте такое дерево не гвоздями, а болтами – их подтянуть можно в случае чего. А еще лучше использовать винты или ершенные гвозди.

Наслонные стропильные системы

Они подходят для крыш, где пролет составляет от 10 до 16 м. Уклон может быть любым, а внутри здания должны быть несущие стены или колонны. Вверху стропила опираются на коньковый прогон внизу — мауэрлат. Коньковый прогон поддерживается либо внутренней стеной (лежнем), либо стойками. Так как нагрузки имеются лишь вертикальные, то в затяжке потребности нет.

Типы стропильных систем — чем они отличаются между собой

Когда пролет большой (до 16 м), можно заменить прогон конька двумя боковыми, которые будут опираться на стойки. Чтобы стропильные ноги не гнулись, нужны подкосы и ригели. Если изготавливают мансарду, опорой наслонных строил можно сделать стену, высота которой от 1 до 1,5 м. Ну, или применить ломаную мансардную крышу (с ломаными скатами).

На что необходимо обращать особое внимание:

Типы стропильных систем — чем они отличаются между собой
  • Каждый из элементов данной системы не должен иметь толщину менее 5 см.
  • Гладкая прогаблеванная поверхность всех узлов стропильной системы – необходимое условие. Так они не прогниют и не так сильно будут подвержены грибку.
  • Добавление дополнительных узлов «от фонаря» в рассчитанную систему стропил запрещено. Иначе нагрузки могут возникнуть совсем не там, где нужно.
  • Мауэрлат (его подошва) обязан лечь строго горизонтально относительно стен. Требует горизонтальности и поверхность стыковки мауэрлата со стропильной ногой. Иначе может и опрокинуться опора.
  • Стойки и подкосы располагают максимально симметрично.
  • Чтобы стропила не мокли и не подгнили, делают хорошую вентиляцию. Для этого в крыше мансарды предусматривают щели, в крыше чердака – продухи.
  • Там, где стропильные узлы стыкуются с каменной кладкой, нужна гидроизоляция. А то конденсат испортит дерево.
  • Не имеющая опоры или подкоса, нога стропил, делается длинной не более 4,5 м.