Расчёт нагрузки на стропильную систему двускатной кровли
Стропильная система испытывает определённые нагрузки, которые можно разделить на два вида.
Постоянные нагрузки, действующие независимо от любых других факторов. Их величина определяется конструкцией кровельного пирога и состоит из веса гидроизолирующих и парозащитных плёнок, утеплителя, доборных элементов, крепежа и любых других элементов кровельного покрытия, включая финишное. На практике средний вес всех составляющих кровли дома составляет порядка 40–45 кг/м2. Более точно эту величину можно вычислить, просуммировав значения удельной нагрузки каждого используемого материала, которые можно взять из справочных таблиц. Рассчитывая вес кровли, рекомендуется заложить запас прочности величиной в 10%.
Переменные нагрузки. К таковым относятся воздействия ветра и снега в зависимости от их интенсивности. По сути, кровля дома представляет собой парус, воспринимающие нагрузку от ветра. Сила непосредственного воздействия на кровлю по нормали зависит от угла наклона ската — чем он меньше, тем ниже нагрузка. Одновременно на подветренном скате возникают завихрения, и появляется нагрузка на крышу с обратным вектором воздействия. При ураганных ветрах усилие на отрыв может достигать 630 кг/м2. К переменным нагрузкам относятся и снеговые воздействия. Нужно заметить, что они также имеют чётко выраженные региональные показатели.
Очевидно, что тщательный расчёт нагрузок от снега и ветра с учётом местных климатических условий жизненно необходим при выборе конструкции и материалов кровли. Эти нагрузки можно определить по карте, составленной на основании СНиП 2.01.07–85.
По карте можно определить величину ветровой и снеговой нагрузки в регионе строительства
Отмеченные на картах значения снеговой и ветровой нагрузки для каждого района называются нормативным. Для того чтобы получить расчётную снеговую нагрузку, нормативную величину нужно умножить на специальный коэффициент, который учитывает угол наклона крыши. Этот коэффициент равен:
- 1 при уклоне менее 25o;
- 0,7 при угле наклона от 25 до 60o;
- 0 для более крутых скатов.
Расчётная ветровая нагрузка определяется умножением нормативного значения на коэффициент, учитывающий высоту здания и тип местности, в которой ведётся строительство.
| Высота здания, м | |||
| Зона | 5 | 5–10 | 10–20 |
| А (побережья водоёмов и другие открытые участки, территории без лесных массивов (степи, тундра и пр.) | 0,75 | 1 | 1,25 |
| B (участки с лесом, городскими домами и другими препятствиями для ветра (в том числе рельефными складками) высотой от 10 м) | 0,5 | 0,65 | 0,85 |
| C (плотно застроенный городской массив, в котором средняя высота зданий составляет 25 м) | 0,4 | 0,4 | 0,55 |
Удельную нагрузку наиболее популярных кровельных материалов можно взять из следующей таблицы.
Таблица: весовые показатели некоторых материалов для крыши
| Наименование кровельного материала | Масса 1 м2, кг |
| Пролимерно-битумная мягкая черепица | 7–8 |
| Рулонно-битумные полимерные кровли | 4–8 |
| Металлочерепица | 4–6 |
| Ондулин | 3–4 |
| Лист профилированный, фальцевая кровля | 4–6 |
| Черепица цементно-песчаная | 40–50 |
| Черепица керамическая | 35–40 |
| Шифер | 10–14 |
| Сланцевые материалы | 40–50 |
| Медные листовые материалы | 8 |
Учитывать особенности воздействия разных видов нагрузок можно только в совокупности, поэтому расчёты подобного характера нужно доверить опытному специалисту.
Крепление стропил к мауэрлату двускатной крыши
Лучше понять все нюансы поможет «живой» пример монтажа стропильной системы двускатной крыши. Это самая распространенная конструкция в частном строительстве.
Дом из кирпича с внутренней несущей стеной. Рационально применить наслонную схему с опиранием стропил на мауэрлат и коньковый прогон.
Для стропильных ног используются доски 50х150 мм. По периметру дома укладывается мауэрлат сечением 200х200 мм, по внутренней стене — лежень 150х150 мм.
Мауэрлат по длине соединяется косой врубкой, в углах стыкуется «в полдерева». Крепится к армопоясу на шпильки с гайками.
В зданиях с кирпичными стенами, в отличие от деревянных домов, мауэрлат соединяется со стропилами жестко. Используется врубка — в нижней части вырезается паз по конфигурации опорного бруса. Дополнительно детали фиксируются металлическим крепежом.
Как сделать запил
Вырезание паза — наиболее ответственный момент при подготовке стропил к монтажу. Применяются разные способы:
- Целая доска одним концом выравнивается по мауэрлату, вторым по коньковому прогону. По фактическим замерам делается разметка и запил. Следующие стропила обрезаются по первой заготовке.
Угол уклона ската рассчитывается по тригонометрическим формулам и запиливается помощью торцовочной пилы с угломером. Этот метод чаще всего используется в заводских условиях, когда нужно подготовить много стропил.
Можно отмечать углы угольником с встроенным транспортиром. Он стоит недорого, а пользоваться им просто. Профессиональные строители используют угольник Свенсона (Swanson Speed Square). Это приспособление позволяет быстро измерять и размечать углы в пространственных конструкциях — крышах или лестницах.
Наиболее простой и быстрый вариант — вырезать шаблон. Даже если у вас есть только рулетка и карандаш, вы легко сможете изготовить его из обрезков доски или листового жесткого материала — ДВП, ОСП, ДСП. Используются тригонометрические расчеты или транспортиры, с помощью которых вычерчивается контур паза с нужными характеристиками. После вырезания дисковой пилой шаблон готов.
Для монтажа двускатной крыши потребуется 2 шаблона — для опорного и конькового узла. Для удобства на нижний край лекала набивается брусок, который будет служить упором при разметке.
Подготовка стропил и монтаж
В двускатных кровлях стропильные ноги могут опираться не только на конек и мауэрлат, но и промежуточные стойки. Чтобы избежать погрешностей при измерениях, за основу нужно взять самую верхнюю точку и контролировать расстояний только от нее.
Этот шаблон нужен для изготовления стропил
Подготовка начинается с торцевания конькового торца с помощью дисковой пилы. Угольник Свенсона или шаблон выставляется с нужным углом и производится запил.
Если предусмотрена врубка для крепления к коньковому прогону, в верхней части стропил по разметке выбирается посадочное место.
От точки сочленения стропил на коньке (по оси прогона) отмеряется расчетная длина до мауэрлата. С помощью шаблона или треугольника Свенсона размечается посадочное гнездо и аккуратно выпиливается дисковой или цепной пилой. Для удобства выставляется глубина пиления, равная толщине доски плюс 1 мм.
Рекомендуется не допиливать линии разметки до конца, чтобы потом их можно было доработать ножовкой. Это позволит не уменьшать рабочую высоту сечения, если пила слишком глубоко зайдет в доску.
Глубина «седла» не должна превышать одной трети от ширины стропила
Карнизный свес отпиливается уже по смонтированным стропилам по шнурке. Остается примерить стропильную ногу по месту, подогнать посадочные пазы до плотного примыкания и закрепить соединения металлическими уголками.
Запилы нужно делать очень аккуратно, чтобы обеспечить максимальное прилегание. Допускаются зазоры не более 2-3 мм. В кривые неплотные стыки запрещено подкладывать деревянные клинья. Со временем они усыхают и выпадают, а крепление становится неустойчивым.
Конструкция
Устройство стропильной системы двухскатной крыши любого из перечисленных видов представляет собой совокупность вспомогательных и опорных элементов. Они распределяют равномерно вес кровельного пирога, а также компенсируют распирающие и изгибающие нагрузки, возникающие между ними.
Сечение, длина и шаг стропил определяются с помощью инженерного расчета, учитывающего вес кровельного пирога, климатические условия в регионе строительства, а также уклон конструкции. В состав стропильного каркаса двухскатной кровли обычно входят следующие элементы:
- Мауэрлат. Мауэрлатный брус установить на наружные стены дома, на которые опираются кровельные скаты. Он служит для смягчения давления на опоры и равномерного распределения нагрузки от веса кровельного пирога. Он изготавливается из прочного бруса с сечением 150х150 мм или 200х200 мм и крепится к верхнему поясу стен с помощью анкерных болтов или длинных металлических шпилек.
- Лежень. Это аналог мауэрлата, только он устанавливается на внутренние несущие стены, а на него нужно выставлять вертикальные стойкий для монтажа конькового прогона.
- Стропильные ноги. Этим термином обозначают элементы каркаса, которые изготавливаются из досок с сечением 150-40 мм и устанавливаются под углом к основанию крыши, формируя угол наклона ската. Какое делать расстояние между стропилами, их длину и толщину определяют с помощью расчета, учитывающие совокупные нагрузки, которым они подвергаются в процессе эксплуатации.
- Затяжка. Затяжкой называют балки, которые располагают горизонтально и связывают между собой ноги одной стропильной пары, чтобы снизить распирающую нагрузку на наружные стены конструкции. Ригель – это затяжка, установленная под самым коньком конструкции.
- Стойки. Стойкой называется вертикальный брус, выставленный на лежень для поддержки конькового прогона. Определить какое расстояние должно быть межу стойками просто, ведь оно повторяет шаг стропил.
- Подкосы. Диагонально расположенные подпорки, поддерживающие стропильные ноги посредине или в нижней части, предотвращая их прогиб, называют подкосами.
Конструкция стропильного каркаса
Элементы входящие в каркас крыши
Мауэрлат как его часто называют (фундамент для крыши) — опорный брус для стропил, установленный на верхнюю часть стен дома, равномерно распределяющий нагрузку на здание. В доме из дерева, мауэрлатом выступает последний ряд сруба.
Установка мауэрлата на кирпичные либо блочные стены производиться с помощью мощных анкеров. Мауэрлат изготавливается из высушенной древесины, обработанной защитным противопожарным и противогрибковым средством, сечением от 100х100мм. до 150х150 мм.
Стропильные ноги — устанавливаются парами, с двух сторон крыши и закрепляются на коньке, тем самым образуя стропильную систему (контур крыши).
Шаг их установки обычно находится в диапазоне 0,6-1,2 м., и зависит от типа используемого кровельного материала. Чем более тяжёлая будет кровля, тем меньший используется шаг. Стропила изготавливаются из обрезной сухой доски хвойных пород, толщиной от 50 мм. Для безопасности и долговечности конструкции так же необходимо использовать специальные пропитки для дерева.
Конек крыши — горизонтальная, верхняя линия соединения стропильных ног между собой. Высота его в начале и в конце по отношению к верхним точкам стен, не должна отличаться. Измерить это можно с помощью гидроуровня.
- Стойки – вертикально установленные опоры под стропильную систему. В зависимости от ширины, стойки могут устанавливаться, как только под коньковый брус, так и дополнительно в промежутке от конька до карниза крыши. Выполняются опоры из обрезной доски либо бруса.
- Кобылки — данные элементы стропильной системы требуются для продления стропильных ног, когда те слишком короткие и нет возможности сделать свес необходимой длинны. Присоединяются к нижней части стропил, путём нахлёста доски меньшего сечения и скрепления их друг с другом гвоздём.
- Прогоны – горизонтальный брус, скрепляющий ноги стропил. Крепится с внутренней стороны у основания конька, либо по центру стропильных ног.
- Затяжка – закрепленный снизу брус, соединяющий стропильные ноги, не позволяющий им расходиться.
- Лежень – опорный брус, лежащий горизонтально на несущей стенке внутри сруба, на который устанавливаются стойки, поддерживающие стропильную систему. Материал – брус сечением от 100х100мм. до 150х150 мм..
- Подкосы и стойки – дополнительные опоры под стропильные ноги, дающие конструкции дополнительную устойчивость, крепятся к затяжке или лежню.
- Обрешётка – конструкция из брусков или досок, необходимая для укладки кровли, крепятся перпендикулярно стропильным ногам, шаг зависит от типа кровли. Под гибкую черепицу используют фанерные листы, уложенные на стропила сплошным ковром.
Двускатная крыша своими руками — элементы стропильной системыНаличие вышеперечисленных составляющих в конструкции крыши зависит от её типа и размера. Существует два варианта установки стропильной системы на двухскатную крышу: наслонная и висячая. В первом варианте стропила крепятся: внизу к мауэрлату, вверху к коньковому брусу. Конёк должен поддерживаться или внутренней стеной или вертикальными стойками.
Висячие же стропила вверху опираются друг на друга, а внизу к затяжке либо балкам перекрытия. В домах построенных из дерева крепление стропил к мауэрлату делают скользящим, это позволит избежать нарушение каркаса крыши, когда дом будет давать усадку.
Установка стропильной фермы
Варианты врубки стропил в балкуИзмерения и разметка вальмового стропила
Установку стропильных ферм выполняем в следующей последовательности:
- монтируем крайние фермы;
- фиксируем центральные фермы.
При установке крайних ферм придерживаемся следующих важных правил:
- основание треугольника устанавливаем на мауэрлат либо же верхний сруб в случае обустройства крыши деревянного строения;
- предварительно делаем в основании несколько отверстий для его последующего скрепления со срубом;
- обязательно контролируем прямолинейность установки фермы. Для этого используем отвес, закрепленный на ригеле;
- основание стропильной фермы закрепляем только после подтверждения ровности его установки;
- для обеспечения дополнительной устойчивости фермы закрепляем укосины от сруба к стропильной ноге. Длину подбирайте по ситуации, принципиального значения она не имеет;
- прежде чем затягивать укосину шурупами, повторно убеждаемся в прямолинейности ее размещения.
После завершения монтажа крайних ферм переходим к фиксации центральной и последующих конструкций, если их размещение предусмотрено проектом. Оптимальный шаг установки ферм – 100 см.
Для закрепления центрального стропильного треугольника используем временные укосины. После того как будет установлен козырек, укосины можно убрать. Рекомендации по креплению центральных и остальных ферм такие же, как и в случае с крайними конструкциями.
Каркас дома со стропилами
Удачной работы!
Сборка коньковой фермыМонтаж коньковой фермыМонтаж стропилМонтаж стропил
Как монтировать стропила на двускатную кровлю
Когда все элементы подготовлены и выбран тип стропильной системы можно приступать к ее возведению. Но прежде необходимо провести некоторые подготовительные работы. В первую очередь нужно приготовить все нужные инструменты. Для работы вам понадобится стандартный набор плотника.
Также позаботьтесь о крепежных принадлежностях. Установка стропил на двухскатной или любой другой крыши проводится с использованием гвоздей. Но ими одними обойтись будет трудно. Чтобы усилить места крепления обязательно применяйте металлические планки, уголки и другие приспособления.
Также следует предварительно обработать все деревянные элементы специальными пропитками. Этот материал «боится» влаги, плесени и огня. Чтобы продлить срок службы новой двухскатной крыши, все ее деревянные элементы обрабатываются.
Установка стропил двухскатной крыши своими руками проводится следующим образом:
- Первым делом проводится установка фронтонных ферм. При этом крепление делается временным. Это необходимо для того, чтобы выровнять сами фермы относительно стен дома.
- Следующий шаг будет натягивания шпагата или веревки. Это делается между фронтонным фермами в трех местах. Первая веревка натягивается на уровне конька, а две остальные на уровне крепления стропил к мауэрлату. После этого, при помощи строительного уровня проверяется горизонтальность их горизонтальность.
- Фронтальные фермы стропил двухскатной кровли должны быть строго выверены. Для удобства можно к торцовой стене дома прибить доску. По ней фермы выравниваются в вертикальной плоскости.
- Как только фронтальные фермы выставлены их нужно закрепить «капитально». Для этого можно воспользоваться разными способами, в зависимости от выбранной стропильной системы.
- Для удобства дальнейшей работы на мауэрлате отмеряются места, где следует установить остальные стропила двухскатной крыши. При этом выверяется выбранный шаг.
- После разметки мауэрлата производится сборка и установка стропильных пар. В работе, в качестве ориентира, используются ранее натянутые веревки. Лучше всего производить сборку ферм на самой крыше, а затем устанавливать их на своих местах.
- Если стропила длинные, то их нужно укрепить. Для этого применяются подпорки. Нижней частью они упираются в стойки или стяжки, а вверху крепятся к самим стропилам.
Видео по теме:
После того, как все стропила двухскатной кровли установлены на своих местах, можно приступать к дальнейшим работам. Для большей надежности каждое место крепления нужно дополнительно укрепить. Для этого используются металлически пластины, уголки и стальная проволока. После возведения стропильной системы монтируется обрешетка, укладывает гидроизоляция, кровельный материал и доборные элементы. На этом работы по возведению двухскатной крыши можно считать законченными.
Информация по назначению калькулятора
Онлайн калькулятор двускатной (двухскатной) крыши предназначен для расчета угла
наклона стропил, количества обрешетки, нагрузки на кровлю, а так же количества необходимого материала
для возведения данного типа кровли. В расчете учтены все популярные кровельные материалы, такие как
керамическая, цементно-песчанная, битумная и металлическая черепица, ондулин, шифер и др.
Все расчеты выполняются в соответствии с ТКП 45-5.05-146-2009 и СНиП «Нагрузки и
воздействия».
Двускатная (двухскатная, щипцовая) – разновидность форм крыш с двумя наклонными
скатами от конька до наружных стен. Данная форма является самой распространенной и самой практичной с
точки зрения стоимости, эффективности и внешнего вида. Опирание стропил происходит друг на друга, а их
пары соединяются обрешеткой. Стены с торцевой стороны такой крыши, имеют треугольную форму, и называются
фронтонами (щипцами). Чаще всего под данным видом кровли устраивается чердачное помещение, освещаемое с
помощью небольших фронтонных окон.
При заполнении данных, обратите внимание на дополнительную информацию со знаком Дополнительная информация.
.
Далее представлен полный список выполняемых расчетов с кратким описанием каждого
пункта. Вы так же можете задать свой вопрос, воспользовавшись формой в правом блоке.
Технология крепежа
От того, как осуществлен крепеж стропильной системы к срубу, в конечном итоге будет зависеть прочность всей шатровой системы. Когда в верхнем венце сделана разметка, вырублены пазы, можно ставить стропильный брус. Кроме того, что брус уже прочно закреплен специальным “зубным замком”, каждый элемент усиливают специальным уголком при помощи саморезов, длиной не меньше 45 мм.
После наступает не менее важный этап работ по монтажу стропил. Это раскрепка бруса раскосами. Для дела используют доски размером 25х100 миллиметров. Заделывают в массив стропил заподлицо. Их установка не может быть меньше 80 сантиметров, если иного не предусмотрено проектом.
С висячими стропилами
Это системы, у которых стропильные ноги опираются только на наружные стены без промежуточных опор (несущих стен). Для двускатных крыш максимальный пролет составляет 9 метров. При установки вертикальной опоры и системы подкосов увеличить его можно до 14 метров.
Висячий тип стропильной системы двускатной крыши хорош тем, что в большинстве случаев нет необходимости ставить мауэрлат, а это делает установку стропильных ног проще: не нужно делать врубки, достаточно скосить доски. Для связи стен и стропил используется подкладка — широкая доска, которую крепят на шпильки, гвозди, болты, ригеля. При таком строении большая часть распирающих нагрузок компенсирована, воздействие на стены направлено вертикально вниз.
Виды стропильных систем с висячими стропилами для разных пролетов между несущими стенами
Стропильная система двухскатной крыши для небольших домов
Существует дешевый вариант стропильной системы, когда она представляет собой треугольник (фото ниже). Такое строение возможно, если расстояние между наружными стенами не более 6 метров. Для такой стропильной системы можно расчет по углу наклона не делать: конек должен быть поднят над затяжкой на высоту не менее 1/6 длины пролета.
Но при таком построении стропила испытывают значительные изгибающие нагрузки. Для их компенсации или берут стропила большего сечения или врубку коньковой части делают так, чтобы их частично нейтрализовать. Для придания большей жесткости в верхней части с обоих сторон прибивают деревянные или металлические накладки, которые надежно скрепляют вершину треугольника (тоже смотрите не картинке).
На фото также показано, как дорастить стропильные ноги для создания свеса кровли. Делается врубка, которая должна выходить за пределы линии, проведенной от внутренней стены вверх. Это необходимо, чтобы сместить место надреза и уменьшить вероятность надлома стропила.
Коньковый узел и крепление стропильных ног к подкладной доске при простом варианте системы
Для мансардных крыш
Вариант с установкой ригеля — используется при организации под крышей жилого помещения — мансарды. В этом случае он является основой для подшивки потолка расположенного ниже помещения. Для надежной работы системы такого типа, врубка ригеля должна быть безшарнирной (жесткой). Лучший вариант — полусковороднем (смотрите на рисунке ниже). В противном случае крыша станет неустойчивой к нагрузкам.
Стропильная система двухскатной крыши с приподнятой затяжкой и узел врубки ригеля
Обратите внимание на то, что в этой схеме присутствует мауэрлат, а стропильные ноги для повышения устойчивости конструкции должны выходить за пределы стен. Для их закрепления и стыковки с мауэрлатом делается врубка в виде треугольника
В этом случае при неравномерной нагрузке на скаты, крыша будет более стабильна.
При такой схеме почти вся нагрузка ложится на стропила, потому их необходимо брать большего сечения. Иногда приподнятую затяжку укрепляют подвеской. Это необходимо для предотвращения ее прогиба, если она служит опорой для материалов обшивки потолка. Если затяжка небольшой длины, ее можно подстраховать по центру с двух сторон досками, прибитыми на гвозди. При значительной нагрузке и длине таких страховок может быть несколько. В этом случае тоже достаточно досок и гвоздей.
Для больших домов
При значительном расстоянии между двумя наружными стенами устанавливается бабка и подкосы. Такая конструкция обладает высокой жесткостью, так как нагрузки компенсированы.
Стропильная система двухскатной крыши для большого пролета и узлы врубки конька и стропил
При таком длинной пролете (до 14 метров) сделать затяжку цельной сложно и дорого, потому ее делают из двух балок. Соединяется она прямым или косым прирубом (рисунок ниже).
Прямой и косой прируб для соединения затяжки
Для надежной стыковки место соединения усиливается стальной пластиной, посаженной на болты. Ее размеры должны быть больше размеров врубки — крайние болты вкручиваются в цельную древесину на расстоянии не менее 5 см от края врубки.
Для того чтобы схема работала нормально, необходимо правильно сделать подкосы. Они передают и распределяют часть нагрузки от стропильных ног на затяжку и обеспечивают жесткость конструкции. Для усиления соединений используются металлические накладки
Крепление подкосов для стропильной системы висячими стропилами
При сборке двухскатной крыши с висячими стропилами сечение пиломатериалов всегда больше, чем в системах с наслонными стропилами: точек передачи нагрузки меньше, следовательно на каждый элемент приходится большая нагрузка.
