Двускатная крыша: стропильная система под металлочерепицу

Конструкция двускатной крыши для частных домов выбирается чаще всего, так как она является оптимальным вариантом по простоте монтажа и удобству эксплуатации, по прочности и надежности, а также по стилевому решению. Двускатная кровля по-другому называется щипцовой и имеет два ската, которые могут быть расположены по отношению друг к другу под одинаковым или разным углом, то есть фронтом может представлять собой равнобедренный или разносторонний треугольник. Последний вариант все чаще можно встретить среди новостроек, так как он становится модным стилевым решением. И, кроме оригинальности, такая крыша обладает некоторыми положительными особенностями, которые упрощают ее эксплуатацию.

Подобный тип стропильной системы может использоваться под все типы кровельных материалов, но обрешетка, закрепляемая на стропила, для каждого из покрытий имеет свои параметры.

Двускатная крыша: стропильная система под металлочерепицу которой имеет свои особенности, должна быть тщательно изучена и рассчитана еще загодя, перед покупкой материалов и проведением ее монтажа. Попробуем разобраться в этих вопросах.

Разновидности конструкций двускатных крыш

Для начала необходимо разобраться, какие конструкции двускатных крыш бывают, так как придется выбирать наиболее подходящую для конкретного строения.

• Простая равносторонняя двускатная конструкция

Этот вариант двускатной конструкции можно назвать традиционным и самым применяемым, так как он прост в монтаже и обслуживании, а также отличается долговечностью и надежностью.

Симметрия в этой системе помогает достичь равномерности нагрузки на мауэрлат и несущие стены. При правильном выборе сечения бруса для обустройства стропильной системы и мауэрлата, эти детали обеспечат необходимый для длительной эксплуатации крыши запас прочности. Дополнительной надежности конструкции придадут правильно установленные стойки, подкосы и затяжки.

Недостатком этой системы для обустройства внутри чердачного пространства помещений является то, что после установки стен и потолка большую площадь занимают глухие зоны в угловых областях конструкции, которые остаются незадействованными.

• Простая асимметричная двускатная конструкция

Асимметричная двускатная конструкция отличается от традиционной системы тем, что ее скаты располагаются под разным углом. Так, один из них обычно составляет больше 45 градусов, что позволяет увеличить полезную площадь чердачного пространства, в котором вполне можно обустроить жилое помещение, естественно, при должном утеплении.

Еще одним важным достоинством подобной конструкции может стать меньший по площади скат, который рекомендовано спланировать с подветренной стороны строения, где на крыше всегда собирается большое количество снега. Небольшой же по размеру, но с большой крутизной скат не будет задерживать на своей поверхности больших сугробов.

К недостатку асимметричной конструкции можно отнести более сложный ее расчет для достижения равномерного распределения нагрузки на стены дома.

• Ломаная двускатная конструкция

Эту двускатную стропильную систему можно назвать редкостью, хотя благодаря такому расположению скатов в чердачном пространстве формируется достаточно большая комната, которая может быть использована под жилое или хозяйственное помещение.

Кроме такой стропильной системы к ломаной двускатной конструкции можно отнести и мансардный вариант установки стропил.

Мансардная ломаная стропильная система способна обеспечить для строения полноценный второй этаж с просторными комнатами, а при усиленном утеплении они могут использоваться в любое время года.

Основные составляющие двускатной стропильной системы

Теперь рассмотрим основные конструктивные элементы стропильной системы вускатной крыши

• Мауэрлат представляет собой брус, укладываемый и закрепляемый на несущие длинные стены дома. Этот элемент конструкции предназначен для распределения нагрузки на стены, которую дает стропильная система, что способствует защите строения от деформации и разрушения.

Брус для мауэрлата должен быть изготовлен из древесины, стойкой к влаге и повреждениям вредными насекомыми, а также имеющей определенную прочность. Это может быть лиственница (оптимально) или сосна — они считаются самыми популярными породами для возведения стропильной системы. Сечение бруса может составлять 120×120,150×150 мм и более – этот размер варьироваться в зависимости от размеров конструкции крыши и толщины стен.

• Стропильная нога – это основной несущий элемент системы, формирующий скаты крыши. Стропила изготавливаются из бруса, доски или бревна, и размер материала зависит от параметров  конструкции стропильной системы, расстояния между стропилами, веса кровельного покрытия и уровня внешних нагрузок.

• Кобылка — этот элемент необязательно присутствует в стропильной системе, но он необходим в том случае, когда стропило имеет недостаточную длину для формирования карнизного свеса крыши. При наращивании стропильной ноги, кобылка монтируется на нее внахлест на 450÷500 мм.

• Конек — это вершина крыши, и его формируют верхние края стропил, закрепленные между собой и на коньковом прогоне. Например, на иллюстрации представлено закрепление стропил на коньковой доске, но, кроме того, эта часть системы может формироваться и другими способами:

а) стропильные доски скрепляются между собой с помощью деревянных или металлических накладок, котрые вырезаются по форме конькового угла и закрепляются с двух сторон соединенных стропил;

б) стропила фиксируются на коньковой доске, устанавливаемой на ребро;

в) в этом случае стропила закрепляются на коньковой доске и дополнительно фиксируются с двух сторон деревянными или металлическими накладками.

На этом рисунке показано соединение двух стропил, установленных внахлест и скрепленных между собой с помощью саморезов или болтов. Другой вариант – это соединение стропил на коньковом прогоне под углом с дальнейшим усилением стыка с двух сторон накладками из дерева или металла.

• Коньковый прогон является связывающим элементом для стропильных ног. Он может состоять из одной доски, бруса или двух досок.

Прогон устанавливается на стойки, закрепленные на лежень, который расположен в нижней части системы и проходящий параллельно коньку. Кроме этого, он может быть зафиксирован между двумя накладками, скрепляющими стропила в верхней части.

В мансардной, а иногда и в простой двускатной системе устанавливаются боковые прогоны, которые служат для формирования двухъярусного расположения стропил в мансарде или для придания жесткости скатам в простой конструкции.

• Стойки — это подпорные вертикальные элементы стропильной системы, изготавливаемые из бруса и устанавливаемые в разных местах, в зависимости от величины и планировки чердачного помещения. Их закрепляют снизу на балки чердачного перекрытия, являющиеся каркасом для пола чердака и потолка помещений дома, или же на смонтированный по балкам лежень:

— в средней части стропильной системы — в этом случае верхний край стоек подпирает конек крыши;

— под стропилами, по боковым краям чердака.

Стойки делают конструкцию более жесткой и надежной, а также способствуют снятию нагрузки со стен строения.

Эти детали системы могут также стать элементом каркаса для перегородки чердака или для крепления обрешетки под обшивку стен мансардного помещения.

• Затяжка (ригель) — этот элемент устанавливается между двумя стропилами, как бы стягивая их. Затяжка может монтироваться в нижней части стропил, замыкая треугольник фермы и одновременно выполняя роль балки чердачного перекрытия, или же в верхней части фермы, и при этом становится основанием для обрешетки под монтаж потолочной обшивки. На торцевых сторонах крыши, ригель иногда устанавливается в средней части треугольника.

Этот элемент способствует снятию части нагрузки, которую дает крыша на стены постройки. Особенно он необходим в висячей стропильной системе, которая будет рассмотрена ниже.

• Подкосы — это подпорные элементы, усиливающие конструкцию, устанавливающиеся обычно под углом в 45 градусов. Их монтируют во избежание прогибов стропильных ног, возможных при сильных ветрах или снеговых нагрузках. Подкосы могут быть установлены в стропильной системе не только на центральной стойке, но и на боковых. Особенно они важны для крыш домов, возводимых в регионах со снежными зимами и сильными ветрами.

• Лежень — элемент, служащий опорой для центральных и боковых стоек, а также для закрепления подкосов.

• Обрешетка фиксируется на стропилах перпендикулярно им и предназначена для крепления на ней кровельного материала. Шаг ее установки рассчитывается в зависимости от типа покрытия –так, обрешетка бывает редкая, частая и сплошная. Для нашего случая, о есть для металлической черепицы она рассчитывается в зависимости от поперечной волны листа.

Виды стропильных систем двускатной крыши

Двускатная стропильная система бывает с висячими и наслонными стропилами. Как одна, так и другая схемы могут быть применены для обустройства кровли из металлочерепицы. Чтобы знать, чем они отличаются друг от друга, и из каких элементов состоят, стоит рассмотреть каждую из них. Здесь нужно отметить, что в ниже представленных схемах указаны только лишь основные элементы стропильных систем, но при необходимости они могут быть усилены дополнительными деталями, о которых речь шла выше.

Наслонная стропильная система

Наслонная стропильная система состоит из следующих основных элементов:

1 – Несущие стены.

2 – Мауэрлат.

3 – Стойка, установленная на лежень.

4 – Стропило.

5 – Обрешетка.

Наслонная система отличается от висячей тем, что устанавливается на строение, имеющее внутренние капитальные перегородки. Капитальные внутренние стены используются для закрепления на них лежня, на который устанавливаются стойки, подпирающие коньковый прогон, с которым скрепляются верхние концы стропильных ног. Затем на стропила фиксируются доски обрешетки.

Эта конструкция более популярна, чем висячая, так как надежна и проста в монтаже.

 Висячая стропильная система

Схема висячей стропильной системы выглядит так, как показано на иллюстрации, и включает следующие основные элементы:

1 – Несущие стены.

2 – Мауэрлат.

3 – Стропило.

4 – Обрешетка.

5 – Затяжка (ригель).

Висячая система стропил монтируется на две внешние несущие стены, на которые предварительно закрепляется мауэрлат. Этот вариант крыши может быть применен только в том случае, если расстояние между несущими стенами составляет не более 7000 мм, так как кроме них дополнительная опора для стропильной конструкции кровли отсутствует. Такую систему обычно оснащают затяжками, подкрепленными откосами – эти элементы снимут часть нагрузки со стен строения.

Кроме наслонных и висячих систем, существуют комбинированные варианты, которые включают в себя отдельные элементы той и другой конструкции.

Когда стропильная системы будет выбрана, рекомендовано перед покупкой материалов, составить подробный чертеж крыши с проставленными размерами — так будет легче вычислить количество всего необходимого и сумму на их приобретение. Кроме этого, такая схема значительно поможет произвести монтажные работы. Но для того, чтобы составить чертеж, придется провести некоторые расчеты.

Как рассчитать параметры двускатной стропильной системы

Правильно рассчитать параметры элементов для монтажных работ – очень важно. Для этого сначала рекомендовано составить список всего необходимого и произвести расчет пошагово. Все расчеты следует производить с запасом в 10÷15%, не допуская излишней экономии, которая будет в ущерб качеству и прочности конструкции.

Если эту часть работы решено выполнить самостоятельно, нужно обязательно сверяться с техническими документами, разработанными специалистами, например, размещенными в СНиП.

Основными направлениями расчета будут три взаимосвязанные величины — крутизна ската, высота конька над перекрытием и длина стропильных ног. Далее, имея линейные параметры, необходимо будет определиться с сечением материала для стропил. А вот оно уже, в свою очередь, зависит и от выпадающих на стропильную систему нагрузок.

Нагрузки на стропильную систему

Нагрузки на стропильную систему разделяют на три категории:

• Постоянные нагрузки. К этой категории можно отнести те, которые будут постоянно держать в напряжении стропильную систему – вес обрешетки, утеплителя, если он предусмотрен, кровельного покрытия, ветрозащитной, гидро- и пароизоляционной пленки, крепежных элементов, отделочных материалов для внутренней части чердака. Вес всех элементов и материалов, необходимых для кровельного «пирога», суммируется, и в среднем должна получиться оптимальная величина в 40-45 кг/м².  Желательно рассчитать материалы таким образом, чтобы вес 1 м² не превышал 50 кг/м², особенно в том случае, если используется система крыши с висячими стропилами.
• Кратковременные нагрузки. Такие нагрузки возникают периодически и могут иметь разное воздействие на конструкцию. К ним относятся такие воздействия:

— снеговая и ветровая нагрузка;

— вес людей при ремонтных работах;

— климатические температурные воздействия;

— возможные нагрузки от наледи.

Эти внешние нагрузки лежат в большой зависимости от особенностей региона постройки. Кроме того, их величина напрямую зависит и от крутизны скатов. Так, апример, на пологих скатах решающую роль будет играть снеговая нагрузка. С ростом крутизны кровли влияние снегового давления уменьшается, но зато растет зависимость от ветрового воздействия. На скатах крутизной свыше 60 градусов снеговая нагрузка и вовсе списывается со счетов, но зато парусность крыши возрастает в разы, и ветер становится доминирующим внешним воздействием.

Данные для расчетов можно найти в СНиП 2.01.07- 85*«Нагрузки и воздействия» в разделах «Снеговые нагрузки» и «Ветровые нагрузки». При этом учитывать необходимо не только регион расположения дома, но и место его строительства — низина или возвышенность, отдельно стоящее строение или окруженное другими зданиями.

Удобный алгоритм расчета нагрузок будет приведен чуть ниже.

• Особые нагрузки. К этой категории относят такие факторы, как сейсмические воздействия, ураганный ветер, деформационные процессы вследствие оседания грунта, которые обычно называют форс-мажорными обстоятельствами. Предусмотреть все невозможно, и для того чтобы крыша выдержала все эти испытания, рекомендовано закладывать дополнительный запас прочности при приобретении материалов и монтаже конструкции.

Если крыша будет устанавливаться на старое здание, необходимо рассчитать несущую способность фундамента и стен, так как новая крыша может иметь больший вес, чем старая. Подобные расчеты могут профессионально осуществить только специалисты, но произвести такие вычисления необходимо в обязательном порядке, иначе придется не только менять крышу, но и производить ремонт всего строения. Специалистам при этом необходимо будет предоставить проект крыши, в котором будут указаны все ее параметры.

Угол наклона скатов стропильной системы и высота конька

Угол расположения скатов крыши определяется выбором кровельного материала, так как каждый из них требует персонального расчета. Часто сам производитель конкретной марки покрытия дает необходимые рекомендации, но если говорить об общих требованиях, например, для нашего случая — металлочерепицы, то для нее угол уклона должен составлять не менее 20 градусов.

Увеличение угла уклона значительно расширит чердачное пространство, но для возведения такой крыши потребуется больше строительных материалов и, конечно же, значительно возрастет стоимость постройки.

Итак, любую двускатную стропильную систему, неважно, симметричную или нет, можно представить в виде треугольника.

Его вершины:

— точка «а» – это внешняя точка пересечения стропила с мауэрлатом. К этой вершине прилегает угол «А», определяющий крутизну ската кровли.

— точка «b» — вершина конька.

— точка «с» — пересечение отвесной линии от конька с перекрытием или просто верхним уровнем стены.

Известная исходная величина – «D» длина основания треугольника. Для симметричной крыши – это половина пролета. Для асимметричных вариантов – может быть и иной, это несложно определить.

«Н» — высота конька над основанием (перекрытием);

«L» – длина стропильной ноги, которая при желании может быть увеличена на величину «m» для формирования карнизного свеса.

По известным тригонометрическим соотношениям:

Н = D × tgA

Таким образом, можно или от заданного значения угла А определить высоту конька, или же, наоборот, заранее планируя определенную высоту чердачного помещения, определиться с крутизной ската.

Все это позволяет легко сделать размещенный ниже калькулятор. Меняя значение угла «А» можно прийти к оптимальному значению высоты «Н».

Калькулятор расчета высоты конька

Перейти к расчётам

Длина стропильных ног

Чтобы рассчитать длину стропильных ног для конкретной системы крыши, легче всего воспользоваться теоремой Пифагора. Две стороны прямоугольного треугольника (катеты «D» и «H») уже известны, и осталось найти только гипотенузу «L», то есть, собственно, длину стропила.

L = √ (D ²+ Н²)

Можно сразу, при желании, прибавить «довесок» «m» для создания карнизного свеса.

Все это позволяет быстро и точно рассчитать размещенный ниже калькулятор.

Калькулятор расчета длины стропильной ноги

Здесь необходимо сделать уточнение. Как правило, самая большая длина стандартного бруса — 6000 мм, поэтому для карнизного свеса, возможно, придется его удлинять до нужного размера «кобылкой».

Если наращивается только свес, то стропило и «кобылка» могут сращиваться разными способами — скруткой через две накладки, установленные с двух сторон стыка, диагональным, зубчатым, ступенчатым и другими способами соединений. Нужно знать, что, чем больше присоединяемый отрезок, тем больший нахлест должен быть предусмотрен.

Расчет шага и сечения стропил

Теперь, когда стало понятно, как рассчитать длину стропильной ноги, следует разобраться, какое сечение должны иметь стропила, а также на каком расстоянии друг от друга их устанавливать.

Здесь придется провести расчеты нагрузки на всю стропильную систему, на квадратный метр площади, а от нее – распределенной, приходящейся на погонный метр стропильной ноги.

Распределенная нагрузка будет тем ниже, чем чаще установлены стропила. Значит, «поиграв» с полученными значениями и шагом установки стропил можно найти оптимальный вариант, обеспечивающий приемлемую нагрузку (она во всяком случае не должна превышать 175 кг на погонный метр).

Это значение позволит войти в таблицу, чтобы уже определиться по ней с требуемым сечением стропильных ног

Для расчета распределённой нагрузки ниже размещен удобный калькулятор. Он учтет и вест стропильной системы с кровельным покрытием, и внешнюю (ветровую и снеговую) нагрузку. И угол ската крыши.

Калькулятор расчета распределённой нагрузки на стропильную ногу

Первым шагом по приложенным картам-схемам необходимо определить зоны своего региона по уровню снеговой и ветровой нагрузки.

Далее, придется оценить степень закрытости участка строительства. При этом принимают во внимание, что искусственные или естественные препятствия для ветра должны находиться не далее, чем в радиусе, равном 30×h, где h – это высота дома по коньку. Например, для пятиметрового дома принимается во внимание круг радиусом 150 метров.

Шаг установки стропил – величина в данном случае переменная, и изменяя ее можно добиться оптимального распределения нагрузки.

Перейти к расчётам

С полученным значением заходим в таблицу. Как ей пользоваться – наглядно показано стрелками.

На примере показано, что для нагрузки 75 кг/пог.м и длине стропил 5 м подходят пиломатериалы сечением, указанным в этой строке слева.

Параметры других пиломатериалов

Некоторые деревянные элементы конструкции рассчитываются в соответствии с толщиной стропильных ног, например коньковый прогон, так как стропила должны быть на нем надежно закреплены. Остальные детали обычно изготавливаются из следующих брусков и досок:

• Мауэрлат – брус от 120×120 до 150×150 мм и более.
• Затяжка обычно выполняется из доски сечением от 30×150 до 45×150 мм.
• Стойки и подкосы — из бруса сечением 100×100, а иногда даже 120×120 мм.
• Лежень. Его сечение должно быть равно сечению стойки, так как она будет закрепляться именно на него.
• Толщина доски для обрешетки варьируется от 20×100 до 25×150 мм — этот параметр будет зависеть от веса и других особенностей кровельного материала.

Последовательность монтажа стропильной системы под металлочерепицу и настила кровли

Если стропильная система будет устанавливаться на только что возведенный дом, а на балках перекрытия еще не настелен пол, то перед началом работ, для удобства и безопасности их выполнения необходимо устроить временный настил из досок.

Последовательность монтажа стропильной системы под металлочерепицу может несколько разниться, но всегда состоит из следующих основных этапов.

Подытоживая публикацию, можно резюмировать, что возведение стропильной системы – очень непростой процесс, как в расчетах, так и в практическом монтаже. Поэтому при малейших сомнениях в собственных возможностях его лучше доверить специалистам с большим опытом в данной работе. Только в этом случае крыша будет прочной и надежной.

В завершение – интересный видеосюжет про монтаж двускатной стропильной системы именно под металлочерепицу.

Видео: возведение двускатной стропильной конструкции под металлочерепичную кровлю