Виды и особенности стропильных конструкций

Устройство

Конструкция двускатной кровли отличается наличием наклонных поверхностей с двух сторон. Площадь основания кровли имеет прямоугольную поверхность. Скаты не дают собираться на крыше снегу и талой воде. Крыша естественным образом очищается. Кровля состоит из конструктивных узлов: мауэрлата, системы стропил, конька и кобылки, свесов кровли, подкосов, затяжек, обрешетки и стоек. Стоит разобраться, чем характерны все элементы конструкции двускатной кровли.

Мауэрлат необходим для правильного распределения нагрузки на несущие стены от стропил. С этой целью обычно выбирают прочную древесину – брус (это может быть дуб, лиственница, сосна). Выбор бруса по сечению определяется видом древесины (цельный или склеенный). Например, 100 на 100 мм или 150 на 150 мм. Стоит отметить, что при выборе металлической стропильной системы мауэрлат также должен быть выполнен из металла.

Основным элементом системы двускатной крыши является стропильная нога. Эти элементы изготавливаются из прочного бруса и бревен. При соединении стропильной ноги сверху формируется ферма с различным типом промежуточной опоры. Важную роль здесь играют параметры стропил и узлы конструкции.

Затяжка необходима для соединения стропильной системы (стропильной ноги) и для придания прочности и необходимой жесткости конструкции.

Прогон бывает двух типов: коньковый, при котором монтаж производится в месте примыкания стропил (в этом месте далее устанавливается конек кровли), и боковой прогон, который обеспечивает кровельным элементам (ферме) дополнительную жесткость (размеры и количество таких прогонов будет зависеть от нагрузки на конструкцию).

Стойки для стропил в виде вертикального бруса также принимают на себя значительную часть нагрузки от крыши. Стойку для стропил двускатной крыши обычно располагают по центру. Если ширина пролета больше обычной – то еще и по бокам. При возведении несимметричной крыши стойки ставятся в зависимости от длины стропил. Для ломаной кровли установка стоек выполняется по бокам, при этом остается свободное пространство. Если планируется две комнаты под крышей, то стойки стропил ставят по центру и по бокам.

Подкосы – это опоры для стоек. При подкосе под углом более 45 градусов кровля лучше защищена от деформации (снег, ветер). В зависимости от климатической зоны могут быть установлены как продольные, так и диагональные подкосы стропильной парой на одной плоскости.

Лежень служит надежной опорой стоек. Это место крепления подкоса.

Обрешетка необходима для фиксации материалов и конструктивных элементов кровли. Обрешетку устанавливают перпендикулярно к стропильным ногам. Одно из важных предназначений обрешетки – перераспределение нагрузки от кровли на стропильную систему.

Решетчатые конструкции

Все решетчатые
конструкции разделяют на:

1. 1. плоские (строительные
      фермы, стойки, арматурные сетки).

   2. пространственные
      (колонки, мачты, каркасы).

Изготавливаются
из металла толщиной до 10 мм; суммарная
толщина редко превышает 40 – 60 мм.

Длина швов обычно
не более 200 – 400 мм; швы различным образом
ориентированы в пространстве. Поэтому
сварка таких конструкций выполняется
полуавтоматом (шланговые) в защитном
газе, порошковой или самозащитной
проволокой или РДС штучными элементами.
Применение автоматической сварки
неэкономично, так как здесь короткие,
криволинейные и труднодоступные швы.

Такие швы свойственны
всем решетчатым конструкциям, например
фермам (рис.
1).

Собирают и сваривают
фермы по разметке, по контуру и в
кондукторах.

Узлы фермы сваривают
последовательно от середины к опорам,
так напряжения металла в узлах фермы
будут минимальными (рис.
2).

Рис. 1 Узлы
стропильных ферм

1 — пояс; 2 —
раскос;

3 — стойка; 4 —
косынка

1 — копир;

2 — полуферма

Рис.
2

При наличии швов
различного сечения вначале накладывают
швы с большим сечением, а затем – с
меньшим.

В решетчатых
конструкциях каждый элемент прихватывается
с двух сторон швами длиной не менее 30 –
40 мм с катетом шва не менее 5 мм в местах
расположения сварных швов. Сборочные
прихватки выполняются сварными
материалами тех же марок, какие
используются при сварке конструкции.

Сварку ведут в
нижнем положении от края косынки к
центру пересечений осей элементов
фермы.

Стержни решетки,
например из уголков, собирают с другими
элементами обваркой по контуру, иногда
фланговыми или лобовыми швами (рис.
3).

Фланговый (боковой)

Лобовой

Не рекомендуется
применять прерывистые швы, и швы с
катетом менее 3 мм и длиной 60 мм.

Концы фланговых
швов выводят на торцы привариваемого
элемента на длину 20 мм (рис.
4), что
гарантирует прочность соединений.

В первую очередь
выполняют стыковые швы, а затем – угловые(рис. 5).

Близко расположенные
друг к другу швы нельзя выполнять сразу;
надо охладить тот участок основного
металла, на котором будет выполняться
второй, близко расположенный шов (рис.
4). Это
необходимо для того, чтобы уменьшать
перегрев металла и величину зоны
пластических деформаций от сварки; в
результате этого работоспособность
сварного узла возрастет.

Рис. 4 Порядок выполнения флангового
Рис. 5 Последовательность

(продольного) шва: 1 – 4 очередность
сварки выполнения швов: 1 –
стыковые, 2 – угловые

Крепежные элементы стропил

В качестве крепежных элементов могут применяться соединения типа паз-шип , известные в строительстве ранее. Правда, современный монтаж подобного крепежа уже не использует. Обычным соединением элементов конструкции являются строительные гвозди и скобы. Их недостаток заключается в том, что со временем жесткость такого соединения уменьшается в связи с изменением геометрических размеров скрепляемых элементов, ведь размеры деревянных изделий могут немного изменяться под воздействием влаги. Более надежными являются болтовые соединения конструктивных элементов.

Но и им присущ недостаток, заключающийся в ослаблении элементов конструкции в результате их сверления. В последнее время стала известной американская технология соединения элементов стропильных конструкций с помощью фасонных крепежных элементов и саморезов, выбор которых в магазинах, предлагающих строительные материалы, существенно расширился.

Обычно при строительстве жилого дома стропильные системы собираются на месте. В этом случае, несмотря на кажущуюся легкость работы с деревом, проведение этих работ сопряжено со многими трудностями. Поэтому к сборке и установке стропильных конструкций желательно привлечь бригаду опытных кровельщиков, имеющих большой опыт этой работы.

Схема расчета стропил.

Железобетонные конструкции в жилищном строительстве широкого применения не имели в силу большого веса, сложности монтажа из-за необходимости применения грузоподъемной техники и отсутствия возможности применения индивидуальных строительных решений.

Появление новых технологий строительства повлекло за собой и изменения в подходе к изготовлению стропильных конструкций. В последнее время широко распространилась технология монтажа стропил из легких стальных тонкостенных конструкций (ЛСТК), благодаря которой значительно снижаются затраты и сроки монтажа. Эта технология применима практически при всех видах строительства зданий любого назначения.

Расчет совокупности нагрузок

При таком расчете надо сначала определить массу всех используемых материалов — для каждого из них она пересчитывается на 1 кв. м

Во внимание принимают:

• внутреннюю отделку;
• собственно стропила;
• утепляющие части;
• изоляцию от воды, ветра и водяных паров;
• обрешеточные и контробрешеточные конструкции;
• покрытия кровель.

Желательно добавить еще 10%. Тогда даже неожиданное изменение или превышение чисто кровельных нагрузок не окажется фатально для стропильной системы. Снеговое, дождевое и ветровое воздействие рассчитывают по нормативам, установленным для конкретного региона. Не будет ничего плохого, если к этим показателям добавить еще 10-15%

А профессиональный подход требует еще обращать внимание на нагрузку, возникающую при штатном обслуживании кровель, установленных на них коммуникаций и систем связи, другой инфраструктуры

Что это такое?

Стропила — это один из самых важных видов строительных конструкций. Они используются в любой скатной кровле. Система включает наклонные стропильные ножки, вертикальные стойки и подкосы наклонного типа. По мере надобности стропила «связывают» в нижней части горизонтально расположенными балками. Устройство стропильных элементов сильно различается в отдельных случаях; способ «опирания» отличается в зависимости от материала здания.

Каждый конкретный тип стропил имеет свои сильные и слабые стороны. Разница между ними обусловлена в первую очередь способом опирания и тем местом, куда это опирание производится. Непременно смотрят также и на основной материал здания, во многом определяющий выбор подпорок под крышу и их организацию.

На выбор формата также влияют:

• финансовые ограничения;
• предполагаемое использование самого дома и особенно его верхней части (чердака или мансарды, а иногда их отсутствие);
• интенсивность осадков и их распределение по временам года;
• ветровые нагрузки.

Советы

На сегодняшний день специалисты рекомендуют воспользоваться наиболее эффективным способом установки стропильной системы двускатной крыши.

Для качественной установки применяется комбинированный способ установки висячих и наклонных стропил. При таком сочетании возможно снизить расход материалов и повысить уровень прочности конструкции.

Во избежание протеканий во время дождя по краям стен делают свес около 55 см. Это поможет защитить верхние части стен от сырости. Перед установкой стропил их обязательно обрабатывают антисептиком, антигрибковыми средствами, а также антипиренами от возгорания.

Для усиления конструкции в целом выполняются затяжки. Усиление стропил с помощью затяжек выполняется по принципу: чем ближе к коньку, тем они массивнее. Затяжки делают деревянным брусом с большим сечением

При этом важно контролировать надежность фиксации и соединения узлов

Стропильные системы скрепляются болтовым способом

При этом важно использовать шайбы и пластины из металла. Так гайки будут меньше утапливаться в поверхность древесины. Прдробнее об установке стропильной системы двускатной крыши вы узнаете в следующем видео

Прдробнее об установке стропильной системы двускатной крыши вы узнаете в следующем видео.

Критерии выбора конструкции

Стропильная система, или просто стропила – это несущая система, служащая опорной конструкцией для кровельного покрытия, теплоизолятора и других слоёв кровельного пирога. Кроме этого, стропила принимают на себя все внешние нагрузки, обусловленные климатическими и погодными факторами. При расчёте конструкции учитываются два основных фактора:

• Ветровая нагрузка. В некоторых регионах случаются настоящие ураганы, когда скорость ветра составляет 20 м/с и более.
• Снеговая нагрузка. Это значительная величина. Достаточно сказать, что для Москвы вес снега на 1 м2 составляет 180 кг (III снеговой регион по картам СНиП). Это означает, что даже для небольшой постройки (например, гаража) с площадью крыши в 20 м2, снеговая нагрузка составит 3600 кг, или 3,6 т.

Вес снега на крыше может достигать несколько тоннИсточник g.nh.ee

Для уменьшения ветровой нагрузки требуется уменьшать угол наклона скатов. В то же время, условия для схода снега возникают при большом уклоне кровли. Поэтому, проектировщикам приходится выбирать некое среднее значение. Учитывается сравнительная редкость сильных ветров и стабильность снеговой нагрузки, её сезонный характер. Если ветра бывают редко, а снега много, уклон увеличивают, и наоборот.

Кроме того, учитывается тип кровельного покрытия. Для каждого материала есть свои ограничения – если на металлочерепице сход снега возможен при достаточно пологих скатах, то для мягкой кровли допускается более высокий наклон. Способность самостоятельного схода снега считается весьма полезным, но и опасным свойством крыши. С одной стороны, снимаются нежелательные нагрузки, с другой – возникает опасность повреждения имущества, получения травм для пешеходов, оказавшихся под массой снега. Проблема в том, что сход всегда непредсказуем и происходит в неизвестный момент. Поэтому, скаты стараются делать либо крутыми, чтобы снег не успевал накапливаться, либо пологими, если количество осадков в регионе не слишком велико.

Мягкая кровля укладывается под сравнительно небольшим угломИсточник goldkryshi.ru

Чем определяется надежность системы стропил?

Независимо от материала, на основе которого изготавливаются стропильные системы, основным требованием к ним является абсолютная надежность. Все конструктивные элементы системы должны закрепляться предельно жестко. Этого удается добиться исполнением конструкции в форме треугольника – самой устойчивой геометрической фигуры.

На надежность системы стропил оказывают влияние следующие факторы:

• правильность выбора конкретного типа стропильной конструкции;
• прочное соединение в узлах стропильной системы;
• корректное проведение расчетов возможных нагрузок на кровлю;
• правильный выбор кровельного покрытия;
• опытность и уровень квалификации рабочих.

Как составить проект будущей крыши?

Действует в строительстве крыш золотое правило – семь раз отмерять, и лишь раз отрезать. И в первую очередь вам важно понять, что у каждой стропильной ноги свое индивидуальное расположение. А потому сначала обязательно составьте подробный проект, и лучше в специальной программе

Только после этого по своей ЗД модели будущей крыши отметьте, где именно и какие именно будут соединения стропил с мауэрлатом и между собой.

Важно максимально точно определить угол наклона стропил и под каким углом им нужно делать срезы. А о том, как сделать все эти стропила для двускатной крыши самостоятельно, не беспокойтесь: вам все лишь понадобится обычный станок

Определяем угол наклона крыши: рассчитываем нагрузки

Угол наклона двускатной крыши делают от 5° до 90°. Но самый проверенный и стандартный вариант – 35°-40°, где наиболее рационально распределяются нагрузки и расходуются строительные материалы.

Прямые скаты строят тогда, когда под крышей в будущем будет находиться только нежилой чердак, главная функция которого – вентиляция и регулирование теплообмена. А вот когда подкровельное пространство планируется жилым, мансардным, изначально планируют так называемую ломаную двускатную крышу. Ее отличие в том, что скаты посередине имеют как бы излом, который меняет их угол на более крутой. И для обустройства мансарды, и для защиты всего дома от непогоды такая конструкция вполне подходит.

Обратите внимание, что под большинство кровельных материалов подходит только угол наклона более 45°

Постоянные и переменные нагрузки на крышу

Важно максимально точно рассчитать общую нагрузку будущей крыши, которая будет состоять из постоянной, куда входит вес стропильной системы и кровельного покрытия, и временной – ветровой и снеговой

От этих же нагрузок зависит, какой нужно делать шаг стропил для вашей двускатной крыши. Подобрать нужное сечение стропильных ног вам поможет эта таблица:

Показатели стропил на прогиб

Даже крепкие на вид стропила могут не подойти для строительства крыши жилого дома из-за того, что у них недостаточны показатели на прогиб. Существуют отдельные пункты в разделе СНиПов, которые называются «Нагрузки и воздействия».

А самый простой способ увеличить прочность стропил на прогиб – сделать больше сечение. Немного сложнее – усилить специально балкой, выводя ее край на подкос.

Размеры

Параметры досок для стропил могут сильно различаться. Ведь этот параметр подвержен влиянию многочисленных факторов. Среди них габариты строения, площадь крыши, вариант конструкции системы, предполагаемые нагрузки от ветра и других внешних воздействий. Специалисты рекомендуют выбирать минимальный размер сечения 50х100 или 50х150 миллиметров. При создании больших пролетов размер должен составлять 150х150 миллиметров, а еще лучше 250х100 миллиметров. Если габариты строения предполагаются значительные, то стоит использовать доски с минимальными размерами 200х50 мм, а можно даже 200 на 200 мм.

Для получения оптимальных размеров стропил следует произвести некоторые расчеты

При этом важно выяснить нагрузку, которая может воздействовать на кровлю. Исходя из этого можно будет определить сечение, а также другие параметры стропильной системы

Одним из наиболее важных параметров является толщина доски для стропил. Ведь от него зависит прочность будущей конструкции. Желательно, чтобы толщина доски составляла 40-60 миллиметров. Причем для небольших зданий допускается отклонение показателя до 5 мм. Что касается жилых строений, то для них лучше предпочесть доски с толщиной не менее 50 миллиметров.

При выборе ширины доски следует учесть длину пролета, который перекрывается стропилами. Чем больше длина стропил, тем более широкой должна быть доска. Например, если стропила будут длиной 6 метров, то доски стоит брать с шириной от 150 миллиметров. При длине ног более 6 метров доски по ширине выбираются начиная от 180 миллиметров. Если стропильная нога должна быть очень длинной, рекомендуется применять наращивание.

Для расчета сечения стропил надо определить подходящее расстояние между ними, и учесть длину элементов

При этом надо принять во внимание постоянные нагрузки на крышу от снега и ветра. В расчете также будут участвовать масса стропильной системы, угол наклона ската, длина пролета под перекрытия. Дополнительно следует учесть ширину самого строения

Дополнительно следует учесть ширину самого строения.

Чтобы сделать все расчеты правильно и быстро, можно воспользоваться специальными программами. При этом полученные значения будут точными. Когда сечение стропил определено, можно переходить к нахождению их шага. Под этим определением понимается расстояние, на котором элементы будут удалены друг от друга. Такой параметр, как шаг, очень важен, так как он обеспечивает надежность и срок эксплуатации крыши.

Последовательность монтажа крыши

Строительство крыши в каркасном доме начинается с разметки нижней обвязки. На следующем этапе проводятся необходимые расчеты и проверка параллельности установки всей конструкции, последним этапом подготовки к возведению крыши считается выравнивание обвязочных досок.

Двухскатная крыша.

Технология возведения крыши:

Стремитесь к тому, чтобы полученная в результате строительства крыша максимально соответствовала всем параметрам, указанным в технической документации. Обязательно проводите дополнительное укрепление конструкции в регионах, где наблюдаются сильные ветра; Коньковая балка устанавливается на подпирающие опоры

Крайне важно, чтобы они были установлены точно по уровню, проконтролировать правильность можно с помощью натянутого строительного шнура; Длина коньковой балки начинается от 11 метров, сама конструкция сборная, состоит она из 4 досок; Стропила должны иметь одинаковый внешний вид и быть выполнены по единому шаблону; Следите за собственной безопасностью при работе на высоте; При работе с мягкой черепицей используется подкровельный ковер либо мембрана. Мы рассмотрели главные моменты, на которых следует сделать акцент во время монтажа кровли в каркасном доме

Главное условие – строго придерживаться последовательности действий, и тогда никаких проблем с монтажом возникнуть не должно. Крыша считается одной из самых легких конструкций, но только не крыша каркасного дома своими руками, видео поможет ознакомиться со всему нюансами монтажа, и не допустить грубых ошибок

Мы рассмотрели главные моменты, на которых следует сделать акцент во время монтажа кровли в каркасном доме. Главное условие – строго придерживаться последовательности действий, и тогда никаких проблем с монтажом возникнуть не должно. Крыша считается одной из самых легких конструкций, но только не крыша каркасного дома своими руками, видео поможет ознакомиться со всему нюансами монтажа, и не допустить грубых ошибок.

Отдавать предпочтение лучше двухскатной крыше, она считается самым оптимальным вариантом для любых регионов

Главное условие длительной эксплуатации – правильный расчет нагрузки и выбор подходящих углов скатов, не менее важно хорошо утеплить кровлю, в ином случае через щели будет выходить все тепло. Теплоизолирующий материал укладывается в несколько слоев

Монтаж стропил двухскатной крыши

Перед началом установки стропил происходит крепление мауэрлатов к продольным стенам с помощью анкерных болтов. Далее необходимо определиться с оптимальным сечением стропильных ног, которое зависит от их длины и расстояния между ними. Для этого можно воспользоваться приведенной ниже таблицей, которая позволяет подобрать сечение стропильных ног в зависимости от их длины. Если необходимо, чтобы пиломатериалы имели другую ширину и длину стропильных ног, то требуемый размер достигается путем их сращивания (наращивания) при помощи крепежных элементов.

Если будет использоваться утеплитель, то необходимо подобрать рациональное расстояние между стропилами таким образом, чтобы как можно меньше пришлось обрезать теплоизоляционный материал.

Установка стропил двухскатной крыши происходит в следующем порядке:

1. Вначале делается шаблон, по которому будут собираться стропильные фермы. Для этого берутся две доски (длина доски равна длине стропильной ноги) и соединяются с одного края между собой одним гвоздем.
2. Получившаяся конструкция (ножницы), свободными краями досок кладется на опоры, в места, где будут опираться стропильные ноги. Полученный, финальный угол – угол наклона ската крыши, необходимо зафиксировать с помощью нескольких гвоздей, а для лучшей фиксации угла, закрепить между досками поперечную перекладину.
3. Далее делается еще один шаблон, с помощью которого, будут выполняться монтажные запилы на стропилах. Проще всего его изготовить из фанеры.
4. На стропилах вырезают монтажные запилы при помощи шаблона и соединяют между собой под углом наклона ската. Получившийся треугольник называют стропильной фермой, который поднимают на крышу с помощью вспомогательных конструкций (лестница, лаги и т.п.) и крепят к мауэрлату.
5. В самом начале устанавливают две крайние фронтонные фермы. Для их правильной горизонтальной и вертикальной установки используют временные подкосы, которые к ним крепят.
6. Между крайними вершинами ферм протягивают шнур, который служит для обозначения будущего конька, а также для уровня остальных промежуточных стропил.
7. Далее поднимаются и устанавливаются остальные стропильные фермы на ранее подсчитанном расстоянии (не менее 0.6 м) друг от друга.
8. Громоздкие конструкции, в зависимости от необходимости, укрепляются ригелями, подпорами, подкосами и т.п.
9. Коньковый брус (прогон) устанавливают на специальных опорах. Дальше к нему крепятся промежуточные, диагональные и короткие стропила.

Расчет нагрузок и угла наклона

Правильный и точный расчет стропильной системы двухскатной крыши – залог будущей прочности и надежности вашего дома. При проектировании сложной кровельной конструкции ее расчет должен производить только профессионал. Расчет двухскатной крыши с небольшой площадью можно рассчитать самостоятельно с помощью несложных инструкций и применением простых формул. В конечном итоге, при самостоятельном подсчете, все равно лучше обратиться за советом к специалисту, чтобы быть окончательно уверенным в надежности и прочности будущей кровли.

В самом начале определяются с углом наклона кровельных скатов. Угол наклона в 5-15°; подходит для небольшого числа кровельных покрытий. Ввиду этого вначале выбирается кровельный материал, а уже потом рассчитывается стропильная система. При угле наклона выше 45° подходит любое кровельное покрытие, но вместе с этим растут и материальные расходы.

Также необходимо точно подсчитать временные нагрузки — ветровые и снеговые. Пределы снеговой нагрузки лежат в диапазоне 80-320 кг/м 2 и зависят от климатического района. На кровле с углом наклона не более 25° коэффициент перехода от снегового покрова на крышу равен 1. Для крыш с уклоном 25-60° коэффициент принимается равным 0.7.

К примеру, при нагрузке снегового покрова на земле 120 кг/м 2 нагрузка на кровле с углом наклона 25-60° составит 120×0.7=84 кг/м 2 .

Ветровая нагрузка подсчитывается при использовании коэффициента изменения ветрового давления и аэродинамического влияния.

Подсчитывается вес кровельного пирога — постоянная нагрузка, которая включает в себя вес обрешетки, контробрешетки, утеплителя, кровельного материала, а также, в случае с мансардой, вес внутренней отделки потолков. Средняя величина постоянной нагрузки колеблется в пределах 40-50 кг/м 2 .

Таким образом, подсчитывается общая нагрузка, которая состоит из постоянной и временной нагрузок. Исходя из общей нагрузки на квадратный метр кровли, подбирается сечение стропильных ног.

В любом случае, при расчете стропильной системы двухскатной крыши, необходимо доверить работу специалистам, также можно воспользоваться справочниками в сети и специализированными интернет ресурсами.

Формы скатных крыш

Сегодня самыми надежными и простыми конструкциями считаются односкатные и двухскатные варианты крыш. Хорошо известна крыша и с четырьмя скатами. В этом случае крыша может быть в зависимости от формы устройства четырехскатной крыши вальмовой, полувальмовой и шатровой. Вальмовая крыша имеет форму трапеции, полувальмовая и шатровая крыша имеет форму треугольной формы разного типа.

Шатровый вариант четырехскатной крыши – самая распространенная разновидность. Все скаты имеют треугольную форму, они поднимаются в виде пирамиды к верху, где собираются в одной точке. 

Существуют и более сложные формы кровельных конструкций. К ним относятся сводчатые, мансардные, конические, купольные, пирамидальные, ломаные, многощипцовые и другие формы кровель (подробнее: «Виды кровли скатных крыш»). На выбор формы крыши влияют в первую очередь особенности самой постройки, во-вторых, бюджет семьи. Обычно чем причудливей форма крыши, тем больше денежных средств потребует ее конструкция. На фото представлены разнообразные варианты крыш.