Расчет и монтаж стропильных систем

Стропильная система полностью определяет форму крыши. Конструкции крыш и стропильные системы теснейшим образом взаимосвязаны, кроме того, от надежности стропильной системы зависит прочность и долговечность кровли.

Материал, изложенный здесь, поможет вам сделать расчет стропильной системы и собрать каркас для крыши своими руками.

Вы узнаете про основные типы стропильных систем, какие элементы стропильной системы можно изготовить самостоятельно, а какие лучше заказать у специалистов.

Разновидности стропильных конструкций

Главная деталь любой стропильной системы — это сами стропила или стропильные ноги.

Их делают из досок, уложенных на ребро, или брусков квадратного сечения. Уложить стропила можно наклонным или висячим способом.

В зависимости от варианта установки этих элементов выделяют следующие виды стропильных систем:

• наслонная (от слова «наслать») — конструкция подходит для зданий со стенками разной высоты;
• висячая — данная конструкция подойдет для дома с небольшими пролетами (до 6-ти метров).

Рассмотрим подробнее схемы наслонной и висячей систем. В наслонной постройке стропильные ноги налегают одним концом во внешнюю стенку, а другим — на более высокую внутридомовую, или на опорную балку, закрепленную на внутренней стенке.

Если внутридомовых стен нет, то для подпорки верхней части ножек на фасадных стенках ставят вертикальные опоры, на которых закрепляют деревянный прогон.

Мауэрлат, лежащий на стенах, надежно закрепляется, чтобы нейтрализовать распор ног.

Висячие стропила выполняют из деревянных или металлических ферм. Эту разновидность систем проще рассчитать. Кроме того, монтаж системы висячего типа проще, чем монтаж наклонной схемы.

Верхние части висячих стропил поддерживают друг друга, а нижние опираются на стенки.

Чтобы стропильные ноги не распирали и не разрушали коробку, нижние части противоположных стропил стягивают затяжкой таким образом, чтобы стропильная ферма образовывала треугольник.

На стены такой узел передает только вертикальную нагрузку от давящей на них сверху кровли и снежного покрова.

На практике устройство кровли может быть не «чистым», а комбинированным. Например, скаты крыши могут быть сформированы не каркасом из стропил, а фронтонами, с уложенными на них слегами — балками, идущими вдоль верха стен.

На слеги могут опираться верхние концы наслонных стропильных ног или ферм, собранных из висячих стропилин.

Если стены коробки сделаны из материалов, легко впитывающих влагу, то, выполняя монтаж стропильной системы, пятки ног укладывают не на них, а на закрепленную поверх них деревянную балку — мауэрлат.

Подстропильные элементы

Статичность стропильной системы обеспечивается подстропильными деталями: несущими балками (мауэрлатом и лежнями), подкосами и косыми привязками.

Назначение мауэрлата — равномерно распределять давление на стенки. Для этого брусья мауэрлата соединяются в одну неподвижную раму, охватывающую весь периметр здания.

Брусья соединяют зубчатой врезкой и закрепляют болтами, углы рамы фиксируют скобами.

Видео:

Таким способом получают жесткий прямоугольник, способный принять на себя распорное влияние стропильных ног и одинаково эффективно справляющийся с давлением на растяжку и изгибание. К стенам мауэрлат крепят анкерами.

Для изготовления мауэрлата используют только дерево, а именно брус сечением не меньше 15 сантиметров. Установка стропильной системы начинается с изготовления и монтажа на стенки мауэрлата.

Его отделяют от стен слоем гидроизоляции. Такое устройство стропильной системы крыши защищает стропильные ноги и кровельные покрытия от сырости, поднимающейся от грунта по стенам коробки.

В деревянных домах крепление стропильной системы ведется не на мауэрлат, а на последний венец, или же стропильные ноги соединяют с балками, врубленными между двумя верхними венцами сруба.

На длинных пролетах увеличивается опасность прогиба или поломки стропильных ног, поэтому их подпирают дополнительными деталями: подкосами или подстропильными ногами.

Эти элементы устанавливают и для поддержки срощенных по длине стропил. Они не только поддерживают стропильную ногу и предохраняют ее от деформации, но и позволяют ей нести на себе большую нагрузку.

Стропильные ноги одинаковой толщины и длины, снабженные подстропильные ножками, можно устанавливать с большим шагом, чем стропилины без таких опор.

Особое внимание нужно обратить на коньковую балку. В стенах, на которые она опирается, не должно находиться размещенных высоко окон.

Если окна есть, то в верхней части стены делают армированную кладку или укладывают железобетонный мостик.

Длинный коньковый прогон всегда лучше выполнить в виде нескольких однопролетных или подставить под него несколько опор.

Из-за таких массивных элементов, как мауэрлат, лежни и прогоны, общая давящая на стены масса достигает значительных цифр.

Поэтому крышу приходится проектировать одновременно со всем домом еще до начала постройки здания. В противном случае будет трудно свести воедино множество значений, включая тип грунта, площадь фундамента, уклон скатов, тип кровельного материала и др.

Расчет нагрузки

На стропильную систему давит снег, порывы ветра и материал кровли. Все эти нагрузки должны быть учтены при выборе сечения стропил и шага их установки.

Выполнить нужные расчеты можно, основываясь на СНиП 11-3-79 «Строительная теплотехника», откуда можно взять данные по толщине утеплителя. На стропильную конструкцию будет действовать свой собственный вес.

Усредненный вес лесоматериалов (кв. м):

• деревянной обрешетки — 12 кг;
• наслонных стропилин и прогонов — 10 кг;
• висячих стропилин под неутепленную кровлю — 15 кг.

Прочность стропильной конструкции рассчитывают, исходя из полных нагрузок, то есть складывая вес снега, кровельного покрытия, утеплителя, обрешетки, ветрового давления и собственный вес стропильных элементов.

Для большей надежности полученное значение умножают на 1,2. Далее следует заняться следующей достаточно сложной математической операцией — рассчитать шаг установки стропил.

Нужно учитывать, что на каждую стропильную ногу давит только тот вес, который будет расположен непосредственно над ней.

Поэтому полученную совокупную нормативную нагрузку умножают на шаг установки ног. Изменяя ширину шага, можно увеличить или уменьшить расчетную нагрузку на отдельную ногу.

Традиционно проектирование шага установки стропил зависит от длины стен. Например, если протяженность стены составляет 7 метров, то на ней можно расположить 8 стропилин с шагом 1 м.

Видео:

Но на семиметровой стене можно поставить и 7 стропилин с шагом 120 см, а при шаге 1,5 метра потребуется всего 6 стропильных ног.

На длинных стенках стропила ставят с шагом 2 или 3 м, но при шаге 3 м придется использовать сплошную обрешетку, поэтому традиционно стропила не монтируют на расстоянии более 2 м.

Если крышу будут утеплять, то удобно устанавливать стропильные ноги на расстояния, соответствующие ширине плит утеплителя. Иначе говоря, шаг монтажа стропил может быть любым.

Главное, чтобы ноги в ряду располагались через равные промежутки. При таком подходе главным критерием при выборе шага стропилин можно считать экономический.

Нужно просчитать разные варианты и найти тот, при котором расход материала будет наименьший.

Монтаж наслонной стропильной системы двускатных крыш

Специалисты рекомендуют устанавливать стропильную систему наклонного типа, действуя по следующему алгоритму:

1. промеряют коробку — если диагонали не совпадают, то это означает, что стенки здания имеют неодинаковую высоту или углы здания не прямые (оба дефекта надо устранить цементно-песчаной стяжкой;
2. устанавливают мауэрлат;
3. размечают места установки лежней и укладывают их на двойной слой гидроизоляции, не забывая выверять уровнем горизонтальность;
4. устанавливают леса;
5. изготавливают подстропильные стойки нужной высоты;
6. монтируют стойки на лежень, проверяя их вертикальность грузиком;
7. укладывают на стойки коньковый прогон.

Если все перечисленные этапы выполнены правильно, то есть лежень установлен строго горизонтально, стойки равны по высоте и выровнены в обоих вертикальных плоскостях, то прогон легко уляжется на приготовленное для него место.

Далее:

1. устанавливают накладки, скобы, металлические фиксаторы;
2. устанавливают первую ногу в нужное положение, затем с помощью врубок задвигают ее на место, сохраняя требуемый наклон;
3. используя первую ногу как шаблон, изготавливают остальные;
4. если стенки коробки не выровнялись стяжкой, то стропильные ноги придется изготавливать не по трафарету, а по отдельности, так как все они будут иметь разную длину;
5. во время установки стропил шнуром постоянно проверяют плоскостность будущих скатов;
6. устанавливают фронтонные пары стропил и натягивают от одной пары к другой тонкую веревку;
7. закрепляют остальные ноги с запроектированным шагом, используя шнур как разметку по высоте;
8. после установки всех стропил для контроля еще раз измеряют расстояние между ними и окончательно закрепляют все узлы пластинами, нагелями, болтами;
9. изготавливают и устанавливают кобылки, формируя карнизный свес;
10. подшивают карниз.

Но этом монтаж стропильной системы наслонного типа считается законченным. Далее предстоит укладывать слои кровельного пирога: обрешетку, утеплитель, парогидроизоляционные материалы, кровельное покрытие.

Висячие стропильные системы в малоэтажном жилье устанавливают редко, так как они сложнее наслонных из-за того, что висячие стропила приходится монтировать в виде массивных ферм, собранных на земле. Для выполнения этой работы требуется кран или другое подъемное устройство.

Нюансы проектирования и монтажа

В двускатных кровлях скаты должны иметь 4 угла каждый по 90 градусов, в вальмовых — представлять собой равнобедренные геометрические фигуры.

Такое требование объясняется тем, что единичные кровельные материалы чаще всего имеют вид прямоугольника, и при их монтаже на непрямоугольные скаты образуется незакрытый участок обрешетки в виде клина.

Чтобы избежать этого, приходится подрезать каждую единицу кровельного покрытия, укладываемого по краю ската. Это увеличивает расход кровельного материала и портит дизайн здания.

Но самое неприятное, что это во много раз увеличивает возможность протекания.

Скат в виде равнобедренных треугольника или трапеции позволяет разрезать штучные элементы по единому трафарету и пускать в дело обе половинки.

Видео:

Например, лист металлопрофиля, разделенный по диагонали, можно настелить на два противоположных ската.

Если проект будет разработан таким образом, что скаты окажутся разной формы или расположены под разными углами, то штучные элементы придется разрезать в индивидуальном порядке, что снизит скорость работы.

При установке мауэрлата нужно учесть следующий нюанс — его высота должна быть подобрана так, чтобы кобылки, набитые на ногу, смогли пройти над стеной. В этом случае стенки не придется подрубать.

Еще при расчетах стропильной системы определяют высоту мауэрлата в соответствии с высотой конька. В противном случае может возникнуть ситуация, когда придется отодвигать мауэрлат к наружной части стены, чтобы без помех пропустить через него кобылки.

Часто мауэрлат или лежни приходится дополнительно фиксировать на стене проволочными скрутками.

Удобнее заранее заложить их в стенку еще во время ее строительства, иначе скрутки придется закреплять на самозаклинивающиеся анкера, забитые в стенку.

Еще одно правило, касающееся лежня, — если его опирают не на внутреннюю стенку, а на опорные столбики, выложенные из кирпича, то закреплять скрутки нужно не на столбиках, а на самой стенке.

Если используются перекрытия из железобетона, то скрутки можно закрепить на петлях железобетонной плиты.

После закрепления мауэрлата и лежней наступает время для строительства лесов. Многие пренебрегают этой операцией, экономя материалы и время, избегая тратить ресурсы на непроизводительный труд.

Однако строительные леса нужны, причем они должны быть надежными, скрепленные крестообразными перехватами для максимальной устойчивости.

Видео:

Теперь вы знаете, как собирается стропильная система крыши своими руками.

Возможно, после прочтения этой статьи кто-то сможет реально оценить сложность предстоящей задачи и не станет самостоятельно разрабатывать план стропильной системы, а тем более – изготавливать и монтировать узлы стропильной системы на высоте.

Если схема стропильной системы сложна, то мало знать, как сделать стропильную систему — вдобавок к знаниям нужен опыт кровельных работ.

Новичку лучше начинать с совсем простых конструкций, например, сделать плоскую крышу для гаража или двускатную для дачного домика.