Стропильные системы двускатных крыш

Расчёт и монтаж стропильной системы – то, без чего не обходится почти ни один дом. Можно, конечно, сделать крышу плоской, с углом единственного ската всего на один градус – лишь бы стекала вода. Но при обустройстве чердака или мансарды без стропил не обойтись.

Двускатная крыша, в отличие от односкатной, нуждается в более детальном расчёте, так как по её средней линии (и не только) эти скаты держатся друг на друге, разграничивая и уравновешивая нагрузку от своего реального веса. Стропильно-двускатная конструкция – доски, отрезки бруса и отдельные балки отличной друг от друга формы и площади поперечного сечения. Для монтажа применяют преимущественно хвойный брус (например, сосновый) – в отличие от лиственницы, он выдерживает заметно большие нагрузки. Этот брус со стороной 15 см (квадратного сечения) укладывают вдоль каждой из несущих стен строения. Крепление достигается при помощи анкеров, стержней с «саморезной» резьбой и шпилек диаметром от 16 мм. Это и есть мауэрлат – он передаёт равномерную нагрузку от стропил к стенам постройки.

Стропильная нога – брус прямоугольного сечения. Размеры сечения – от 15х10 см. Она является основой треугольно-диагональной конструкции, принимающей на себя ветровую и снеговую нагрузку. Шаг стропильных перекладин под профнастил или металлочерепицу – не более 1,2 м. Рекомендуется их ставить не чаще, чем на 60 см друг от друга – запредельная нагрузка от резко утяжелившейся крыши может привести стены к преждевременному растрескиванию. Это в равной степени относится и к основным постройкам, и к их пристройкам, впоследствии возведённым на территории рядом с домом.

Горизонтальные и вертикальные своды (перекладины) используются для дополнительного усиления. В отличие от односкатных крыш, лишённых конька, они обязательны. Горизонтальные предохраняют каждый из треугольников от раскачивания и ослабления, перекоса крыши, проседания конька, а вертикальные являются не только стенами для чердачно-мансардного перекрытия, но также служат дополнительными рёбрами жёсткости для недопущения вертикального проседания крыши. И те и другие перекладины необходимы. В случае безмансардного дома вертикальные проставки ставят предельно короткими – не в полтора, а всего в полметра высотой.

Кроме треугольных проставок, расположенных по всем трём углам, применяют так называемые горизонтальные перекладины. Они служат балками и основой для потолочно-чердачного настила, при этом не дают треугольнику каждой из стропильных конструкций, отстоящих друг от друга, расползтись в разные стороны. Также они держат нагрузку вертикальных перекладин, передающих её от конька крыши на стены дома и на потолочно-чердачное перекрытие. Материал этой основы – брус 15х15 см – такой же, как и для мауэрлата, но допустимо использовать и его уменьшенную версию – 10х15.

Наконец, продольная проставка (горизонтальная перекладина) для конька крыши идёт параллельно его наружному настилу. Она соединяет по верхнему углу стропильные треугольники, не давая им разойтись в стороны, подобно гармошке. Проставок этих может быть и три – ещё по одной с каждой из сторон.

Обрешётка – её можно выполнить из необрезной доски или местами даже из горбыля – дополнительно скрепляет стропильные треугольники поверху. Однако она уже больше служит для ровности кровли, не даёт порваться гидроизоляции. Обойтись без обрешётки также нельзя. Для смягчённой кровли – например, на основе битумного подстилающего слоя – собранной из металлочерепицы, применяют сплошную обрешётку из фанерных листов.

Конёк двускатной крыши, как и параллельные ему перекладины, расположен строго горизонтально. Он закрывает стык листов металлочерепицы или профлистов, расположенный в самой высокой точке дома.

Свес предохраняет стены от намокания при дожде. Однако он недостаточно защитит эти же стены при косом ливне, идущем при сильном боковом ветре. Делать свес более 40 см не рекомендуется. Если нужно защитить какую-то из стен от осадков полностью – постройте рядом навес, соединённый с крышей.

Стропильные конструкции подразделяются на свисающие (за пределами внешнего периметра стен) и наслонные. И те и другие нашли своё применение при строительстве деревянных и монолитных каркасных домов.

У висячих (выносных) строение таково, что их применение целесообразно при ширине крыши от 6 м – именно это расстояние является оптимальным. Они закрепляются на подконьковую перекладину с одной стороны и на несущую стену – с другой. На них действуют те же силы, что и на любые распорные конструкции. Эта особенность заметно отличает висячие стропила от наслонных. Затягиваются они с помощью деревянных и металлических деталей. При установке затяжных деталей с нижней стороны функция опорных балок возлагается на них.

Наслонная стропильная конструкция не критична к расстоянию между более длинными стенами. Это достигается за счёт установки лежневого элемента и подпирающих перекладин. Лежень кладётся параллельно мауэрлату – на него переносится часть нагрузки от крышной сборки. Стропила опираются друг на друга в наивысшей точке крыши и удерживаются при помощи опорных вертикальных брусьев. Здесь стропильные перекладины сопротивляются лишь изгибающему воздействию. Монтаж их значительно упрощён по сравнению с висячими.

Комбинированные стропильные системы применяются, когда крыша обладает сложной формой. Для создания устойчивой стропильно-балочной конструкции каждая из секций – в ряде случаев – рассчитывается отдельно. Это позволяет добиться прочности и надёжности потолка, чердака и крыши на десятки лет вперёд. Также под сруб могут потребоваться именно комбинированные стропильные конструкции – на целиком деревянные, уже построенные из клеёного или цельного бруса стены, мауэрлат не требуется.

Чтобы быстрее и эффективнее перерассчитать каждый из элементов сложной крыши, воспользуйтесь специальным предложением – строительными калькуляторами онлайн. В них заложены программы для расчёта, работа пользователей с которыми исключает всевозможные ошибки, могущие стать фатальными при неверно подобранных данных. Автоматически будет также сгенерирован готовый эскиз – или чертёж – по которому собирается стропильная система. Автоматизированный подсчёт даёт возможность определить целый ряд характеристик:

• наклон крыши;
• численность и состав стройматериала, подстилаемого под кровлю;
• численность и состав стройматериалов для обрешёточной обшивки;
• вес стройматериалов и число, типы, виды, разновидности конструкций;
• длину стропильных перекладин и их численность, сечение доски и/или бруса;
• площадь кровли.

Несмотря на использование (полу) автоматического пересчёта, специалисты по-прежнему не обходятся без практики. Ни один калькулятор на сто процентов не спасёт неправильно просчитанное количество материалов и конструкций от преждевременного обрушения, вызванного недостаточным знанием сопромата и пренебрежением законами физики. Самостоятельный расчёт – с помощью эскизов и чужого опыта – хотя и возможен, но достаточно сложен и занимает много времени. Невнимание к некоторым мелочам обернётся фатальными последствиями – от ремонта до полной перестройки чердака и крыши, поскольку несогласованные нагрузки грозят проседанием и складыванием несущих опор всех разновидностей, из которых и собран чердачно-крышный ярус.

Уклон крыши задан составом и структурой укладываемой кровли, а также климатом в вашем регионе. Так, ширина крыши задаётся периметром стен и их расположением на плане первого этажа. От этого зависит, в примеру, высота, на которой располагается конёк крыши.

Конфигурация потолочно-чердачной конструкции высчитывается в первую очередь в соответствии с выбранной стропильной системой. Здесь главным образом применяются пиломатериалы. Перед выбором между наслонными или висячими стропилами определитесь, какими у вас должны быть пролёты. Слишком большие пролёты – более 1,2 м – могут привести к деформации конструкции. Чтобы защититься от прогибания и провисания, мастера устанавливают фиксирующие детали и добавочные комплектующие, которые дают в итоге значительную жёсткость большому чердачному сооружению.

В соответствии с периметром, длиной и шириной основания (стен, фундамента) уже возможно вычислить ширину кровли. Для точного подсчёта воспользуйтесь теоремой Пифагора, знакомой каждому из школьного курса геометрии: квадрат длины гипотенузы (стропильной балки) равен сумме квадратов длин катетов (поперечных подстропильных балок, делённых надвое, и высоты от их середины до конька крыши). В итоге общая ширина кровли равна сумме значений основной ширины (над потолком и стенами) и свисающей части.

Мауэрлат монтируется из бревна или бруса достаточного диаметра для выдерживания общей нагрузки крыши. Свесы с карниза изготавливаются на основе стропильных балок, но для них также применяется и выступ, образуемый карнизом стен. Ширина свешиваемой зоны крыши определяется, исходя из предпочтительного в данном случае типа материала кровли и стен. Так, шиферный свес должен составлять не менее 10 см, для керамической черепицы его ширина достигает 60 см, для профлиста – полметра. Черепица, посаженная на битумный слой, потребует 40-сантиметровый свес.

Определение угла наклона крыши – расчёт уклона по отношению к горизонту. В зависимости от разных размеров и климата, угол уклона колеблется в районе 10-60 градусов. Для обоих скатов применяют одно значение. Симметричность достигается монтажом скатов разного размера. Крутизну крыши возможно рассчитать, исходя из следующих характеристик.

1. Параметры покрытия, свеса и обрешётки. Конкретный вариант кровельного покрытия решает, какая технология монтажа всей сборки применяется.
2. Собственная масса кровли и всех технологических конструкций и слоёв. Слишком пологий уклон даст большую весовую нагрузку на чердачно-потолочное перекрытие.
3. Особенности климата: больший угол наклона позволяет быстро стечь дождевой воде и упасть снегу. Сопротивление ветру при этом возрастёт.

Для чердачной и мансардной кровли учитываются крутизна крыши и высота конька. Дело в том, что, согласно большинству требований к безопасности, конёк отстоит от чердачно-потолочного перекрытия не менее чем на 1,6 м. Такая высота обеспечивает удобство обслуживания и противопожарную безопасность.

Расходные материалы рассчитываются исходя из общей формулы расчёта двускатной крыши. Расчёт, произведённый до начала работ, в процессе возведения потребует дополнительных поправок. Общие методы подсчёта заключаются в следующем:

1. для мауэрлата и лежня – брусья 100х150-200х200 мм, запас по длине – 5%;
2. стропильные балки – пиломатериалы 25х150-100х150 мм, запас длины – до 1/5;
3. опоры, затяжки, подкосы – брус или доска 50х100-100х100 мм, запас длины – до 10%;
4. обрешётка – определяется видом покрытия (фанера или доска/горбыль);
5. гидроизол – длина материала в каждом рулоне зависит от типа стропильных конструкций, площади кровли;
6. само покрытие – определяется по площади скатов;
7. обшивка свесных и фронтонных составляющих;
8. количество элементов крепежа – поставляется в упаковках (саморезы, анкеры, уголки, шпильки, гвозди).

Не превышайте максимальное сечение бруса и досок, указанное выше – конструкция получится слишком тяжёлой, что в лучшем случае создаст запредельную нагрузку на фундамент, в худшем – приведёт к растрескиванию стен по всей высоте, напоминающее тектонические разломы. Потребуются фасонные детали для сквозных проходов через крышу. Например, если в доме есть классическая печь или дровяной камин, то необходимо обустроить переход для печной трубы в соответствии с противопожарными нормами постройки такой топки.

Монтаж всегда начинают с установки мауэрлата, перекрывающих балок и стропил с угловыми перекладинами. У наслонных и свисающих стропил технология сборки существенно отличается. Так, наслонные стропила собираются следующим образом.

1. Устанавливаются две крайние подпорки под брус конька. При этом они подопрут брус, одновременно являясь компонентами, создающими фронтонные составляющие постройки. Закрепляют их снизу к мауэрлату. Их ставят вертикально, без погрешностей. Верхние торцы располагаются по единой горизонтали. Чтобы выставить горизонталь, между подпорками натягивают нитку или леску, сверяясь по уровню. При наличии перекосов одна из более низких опор поднимается посредством подпорок.
2. По установленной с помощью нити или лески горизонтали устанавливают промежуточные опорные стойки с промежутком в 2,5 м. Для предотвращения смещения стоечных брусьев их фиксируют вспомогательным крепежом, установленным не на постоянной основе. В качестве таких деталей выступают подпорки или затяжки. На стойках размещают подконьковую перекладину, которая фиксируется с их же помощью.
3. Стропильные балки необходимо правильно устанавить парами – друг напротив друга. Их можно как запилить в мауэрлат, так и использовать вспомогательные доборные элементы – те, в свою очередь, выпиливаются строго по углу наклона скатов. Монтаж производится с любой из сторон. Крепление подводится по направлению к коньку и мауэрлату. Дистанция между вертикальными подпорками выбирается таким образом, чтобы вес и сопротивление кровли верхним нагрузкам не приводили к смещению стропильных балок. На стадии проектирования постройки данная характеристика определена окончательно.

При монтаже свисающих стропил сборка основных фрагментов осуществляется на земле. Инструкция по сборке такой системы включает в себя следующие стадии.

1. Вначале собираются кровельные конструкции – стропильные, горизонтальные, вертикальные и диагональные балки. Все они – по одной – поднимаются наверх для дальнейшей установки. Некоторые рабочие предпочитают произвести их укрепление уже наверху, на установленных перекладинах потолочного перекрытия. Установка может производиться и поочерёдно – первая же собранная тут же устанавливается на своё место. Для подъёма этих комплектов лучше воспользоваться автокраном. Но его использование увеличивает в итоге расходы на постройку дома.
2. Наиболее сложным и ответственным шагом является выставление этих комплектов. Для этого вначале устанавливают начальную и конечную. По ним натягивается леска. Натяжение лески проверяется строго по горизонтали – без погрешностей. Также она должна проходить по наиболее высокой конструкции – погрешности на предыдущих этапах строительства всё же могут себя проявить.
3. Стропильные сборки, оказавшиеся ниже выставленной горизонтали, приподнимаются одна за другой. Они закрепляются уже на постоянной основе – это исключает их возможный сход и расшатывание конструкции. Снизу стропила – в местах своего закрепления – выставляются по горизонтали, совпадающей с изначальной установкой мауэрлата. Перед сборкой обрешётки стропильные фермы (комплекты) необходимо выровнять в одной плоскости – с каждого из обоих скатов. Завершив сборку стропильно-обрешёточной конструкции, под профлист кладут гидроизоляцию.

О том, как выполнить мондаж стропил двускатной крыши своими руками, вы можете узнать из видео ниже.