Расчет стропильной системы и обрешетки. Общие положения

Наслонные стропила, опирающиеся на деревянную обвязку стен здания (мауэрлат, подстропильный брус), либо – на верхний венец деревянного сруба, применяются в зданиях с небольшими пролетами. Каковы элементы их конструкции и порядок устройства – далее в статье.

Максимальный размер пролета, который позволяет перекрыть наслонная стропильная система без внутренних опор – 6-6,5 м. Если внутри здания имеются несущие конструкции – стены или колонны, на них можно установить стойки.

Стягивая стропильные ноги ригелем, величину пролета можно увеличить до 8 м, применяя одну опору – до 12, а при помощи двух опор – до 16 м.

В индивидуальном жилищном строительстве пролеты большего размера встречаются редко, поэтому наслонные конструкции могут быть применены почти в любом частном доме.

Поскольку здесь устраивается опирание стропил на мауэрлат (в деревянном здании его роль выполняет верхний ряд стены), узел этого соединения очень важен.

Класть стропила прямо на каменную стену нельзя, так как это будет приводить к образованию конденсата и гниению деревянный частей конструкции. Нуждается в изоляции и сам мауэрлат.

Важная информация! Устройства гидроизоляции требует не только узел опирания стропил на мауэрлат, но и любые примыкания дерева к каменным или металлическим конструкциям. Для этого используется двойной слой рубероида или другого подобного материала.

Детали конструкции наслонных стропил 1-стропильная нога 2-мауэрлат 3-скрутка 4-наружная несущая стена 5-врубка 6-лежень 7-внутренняя несущая стена 8-гидроизоляция То, как правильно закрепить стропила на подстропильном брусе – очень важный момент при монтаже наслонной кровельной системы. Прежде всего, надежно должен быть закреплен сам мауэрлат – для этого используют либо металлические штыри, бетонируемые в стену на глубину не менее 40 см, либо – закрепляемые таким же образом болты.

Это могут быть и проволочные скрутки Ф не менее6 мм, закладываемые при возведении стен на расстоянии не выше 3 рядов кладки от верхнего края.

Иногда также используют крепление скобами стропил к мауэрлату. Сам мауэрлат – это брус со стороной 140-160 мм. Те же требования предъявляются и к лежню – брусу, идущему по внутренним несущим конструкциям.

В домостроении используют деревянные наслонные стропильные системы, поскольку применение металлических или железобетонных элементов здесь весьма сложно реализуемо, если вообще возможно.

Поэтому для крепления стропил между собой, а также — ко всем видам опорных брусьев и прочих деталей широко используются различные плотницкие соединения – шип, зуб, сковородень.

Поскольку в наслонной системе на конструкцию приходится давление ее самой и кровельного пирога, все эти нагрузки следует учесть, перед тем, как правильно положить стропила.

Особого внимания требует монтаж кровельных несущих конструкций на сырые деревянные срубы, где еще не прошла усадка.

Важная информация! Коэффициент усадки сруба из бревна или бруса составляет 4-6%. При высоте стен около 3 м через год она может сократиться на 10-20 см, что может отрицательно сказаться и на вставленной столярке, и на несущих элементах крыши. Эти цифры закладываются в проект изначально (размеры дома даются в двух вариантах – изначальном и «послеусадочном»)

Можно использовать висячие стропильные системы. Иначе — решение проблемы возможно несколькими способами: выждать окончания усадки, либо установить стропила со скользящими опорами, либо поставить под все опорные конструкции винтовые домкраты (компенсаторы усадки).

Детали крепления стропильной системы 1-кровельный материал 2-гидроизоляция 3-обрешетка 4-кобылка 5-подшивочные доски 6-скрутка из прутка 7-стропила 8-болты 9-доски перекрытия 10-теплоизоляция 11-балка перекрытия 12-скоба 13-подкос 14-коньковый брус 15-мауэрлат

Недостатки первого способа понятны – это длительное ожидание. Последний также не оптимален, так как потребует ручных операций высокой точности. Скользящие крепления являются фактически саморегулирующимися и имеют дополнительное преимущество.

Дерево – живой материал, и даже после усадки будет «дышать» постоянно. Конечно, деформации не будут столь значительными, но будут возникать постоянно – и скользящая конструкция отлично их компенсирует.

Выглядит она следующим образом: на мауэрлат, с набитым под нужным углом бруском, либо сделанной вырубкой нужной формы, крепится уголок, одна из полок которого загнута. Под загиб продевается рабочая рельефная пластина.

Поскольку направление скольжения будет направлено наружу, пластину лучше закрепить на стропиле таким образом, чтобы как можно большее расстояние для свободного хода оставалось по направлению к коньку здания.

При приобретении скользящего соединения следует помнить, что их рабочий размер (расстояние между опорными площадками пластин) может быть разным.

Оно выбирается в зависимости от планируемой степени усадки и должно быть не меньше нее (нужно обратить внимание, что реальные размер усадки будет распределяться на стропила обоих скатов).

Важная информация! Необходимо помнить, что опирание стропила на подстропильный брус – не единственный подвижный узел этой конструкции. В коньке также следует предусмотреть шарнирное соединение того или иного типа. Стропила наслонные могут соединяться встык при помощи металлических пластин, при этом нужно оставить достаточный угол в торцах, чтобы при схождении стропила не упирались друг в друга. Второй вариант – соединение стропил внакладку, при помощи сквозного отверстия в обеих ногах, чрез которое проходит один болт.

Характеристики стропильных ног

На основании полученного значения нагрузок делается расчет стропильной ноги, её длина и поперечное сечение, в зависимости от выбранного материала, вида крыши и типа стропил – наслонных или висячих. Некоторые виды сложных крыш могут содержать и те и другие.

А в вальмовых кровлях, кроме стропильных ног используются еще и укороченные стропила, которые называются нарожниками и требуют так же своего расчета. Кроме этого в расчете нуждаются все дополнительные элементы стропильной системы, такие, как затяжки, подкосы, стойки и ригели, поскольку на них приходится определённая нагрузка, передающаяся от стропил.

выбор сечения и длины стропильной ноги

Длина стропильной ноги зависит, прежде всего, от размеров здания, а также от уклона скатов кровли, который получается от выбранной формы крыши. Обычно, длину стропила стараются делать не более 6 м, так весь пиломатериал, поступающий в продажу, имеет именно эту максимальную длину. Но случается, что размеры дома требуют стропил большей длины, в этом случае их наращивают. В основном длинные стропильные ноги бывают у накосных (диагональных) стропил, при возведении вальмовых или полувальмовых крыш.

На выбор сечения стропильной ноги оказывают влияние множественные факторы:

• нагрузки постоянные и временные;
• вид кровельного материала;
• уклон скатов;
• тип крыши;
• размеры дома;
• климатические условия;
• качество материала для изготовления стропильных ног.

Для устройства крыши используют древесину хвойных пород. Но, при выборе необходимо следить, чтобы не попадались доски или брусья с синевой, множеством больших сучков.

Влажность древесины должна составлять не более 20-22%, поскольку слишком влажное дерево, по мере высыхания будет изменяться в размерах, а это в свою очередь может привести к нарушению герметичности кровли и другим негативным последствиям.

Лучше всего, если расчет стропильной системы будет производить специалист. В настоящее время достаточно фирм, которые предлагают такие услуги.

Можно самостоятельно рассчитать стропильные ноги, размеры и длину, если воспользоваться готовыми калькуляторами в интернете. Стоит только ввести в программу нужные размеры, а программа сама уже выдаст готовый результат сечения, длины и шага стропил.

шаг между стропилами

В строительстве частных жилых домов, как правило, используются доски сечением 50х150 мм при изготовлении стропил крыш любой конфигурации. Шаг стропильных ног равняется примерно 1 метру, в зависимости от выбранного вида кровельного материала, количества снега в зимнее время и уклона крыши.

Так, для крыш, уклон которых составляет более 45 градусов, шаг стропил выбирается в пределах 1,2-1,4 м, а для регионов с большими снежными нагрузками это расстояние будет 0,6-0,8 м.

Конструкции наслонных стропил

Любая стропильная система, где верхний узел крепления выполнен шарнирно, а нижний – имеет шарнир и плавающее соединение (ползун, как в варианте, приведенном выше) относится к безраспорным. В них распирающие нагрузки не передаются мауэрлату, а через него – стенам. Распорные стропила – схема, где коньковое соединение выполняется жестко, а опора на мауэрлат – с шарниром, например при помощи соединения «зубом», и она передает раздвигающее усилие стенам.

По сути, это гибридная схема, объединяющая наслонные стропила и висячие, особенно при низко расположенной в наслонных горизонтальной схватке.

При этом, за счет того, что усилие от веса кровли принимают на себя непосредственно стропильные ноги, соединенные встык, и работающие на изгиб, коньковый брус практически не работает, и становится необязательным элементом системы.

Важная информация! Все болтовые соединения выполняются через предварительно просверленные отверстия, диаметром на 1 мм меньше диаметра болта или шпильки. Если сделать их слишком большими, пока деталь будет выбирать свободный ход – может быть поврежден мауэрлат. Особенно это касается распорной схемы.

В зависимости от того, какие соединения сделаны жесткими, а какие — шарнирными, разные варианты стропил и работать будут по-разному.

В условиях нормальной, ненагруженной эксплуатации, как правило, все элементы стропильной системы испытывают примерно одинаковую нагрузку.

Однако в зимнее время, с выпадением снега, различный вес, как правило, воздействует на каждый из скатов.

Если плохо закреплены или неверно смонтированы стойки – это может привести к сдвигу кровли в сторону более нагруженного ската.

Особенно это касается безраспорной схемы, где существует возможность смещения. Проблема решается надежным креплением конькового бруса от продольных сдвигов.

Особенности монтажа стропильных ног

Крепление стропильных ног к мауэрлату самый ответственный момент во всей постройке крыши. От правильности выполненного соединения стропил и мауэрлата зависит прочность всей конструкции крыши.

Существует два способа крепления – скользящее и жесткое, каждое из которых подходит под определённый вид стропил – висячих или наслонных.

Жесткое крепление исключает любые подвижки, повороты или изгибы стропил. Это достигается изготовлением запилов на самом стропиле и последующем закреплении стропильной ноги с мауэрлатом при помощи металлических скоб, проволоки или длинных гвоздей, а также с использованием металлических уголков.

Скользящее соединение, или как его часто называют «шарнирное», может иметь две степени свободы. Такое соединение часто используется при строительстве деревянных домов, чтобы дать крыше свободу постепенно оседать на сруб, который в течение нескольких лет может давать усадку. В этом случае соединение стропильных ног на коньке не делается жестким. Сама стропильная нога при скользящем сопряжении соединяется с мауэрлатом с помощью запила и укреплением с боков двумя гвоздями, забиваемых наискосок, по отношению друг к другу или путем забивания одного гвоздя сверху вниз в стропильную ногу с проникновением в мауэрлат.

Другие способы – использование металлических пластин, в которых имеются отверстия для гвоздей или соединение стропила и мауэрлата металлическими скобами.

При строительстве вальмовой крыши диагональная стропильная нога часто получается больше 6 метров в длину, поэтому требует наращивания.

спаренное стропило

Это достигается спариванием двух досок, которые применяются при устройстве обычных стропил. Диагональные стропила всегда длиннее рядовых, к тому же они испытывают нагрузку в полтора раза превышающую ту, которая приходится на обычные стропила, так как на них опираются еще и накосные ноги.

Чтобы сделать усиление стропильных ног, для них устраивают подкосы, имеющие вид вертикальных стоек. Обычно устанавливают не больше двух стоек. Для усиления накосных стропильных ног так же устанавливают стойку или подкос. Стойка должна опираться на на деревянную подкладку, которая располагается непосредственно на перекрытие, если это железобетонная плита, или на затяжку, которая может одновременно являться потолочной балкой перекрытия.

Подготовка стен под монтаж крыши.

Перед началом выкладывания кирпичных карнизов со свесами

размечают положение архитектурного элемента. Затем устанавливают причалки и раскладывают на стене первого ряда кирпич требуемого профиля.

Ряды кладки карнизов

выполняют «тычками» из целых кирпичей . При этом свес каждого ряда кладки выпускается не более чем на 1/3 длины кирпича , а общий вынос неармированного кирпича — не более 0,5 толщины стены (п.1 узел 13).

Карнизы

с общим выносом более 0,5 толщины стены следует устраивать из армированной кирпичной кладки на растворе марки не ниже М-25 . Карнизы из сборных железобетонных элементов — так же анкеруют в кладке стены.

Расстояние от верха чердачного перекрытия

до опоры крыши следует выполнять:

• до низа мауэрлата — не более 500 мм ;
• до низа среднего лежня — не более 400 мм .

Если конструкция стен

завершается усилением кирпичными карнизными свесами (узел 13), то мауэрлаты закрепляют на защемлённых кладку пробках .

В кирпичных стенах антисептированные или просмоленные пробки

(узел 1) защемляют в кирпичной кладке цементным раствором М-100 с шагом 1…1,5 м (равным шагу стропил , который зависит от нагрузки на крышу ) или укладывают на монолитный пояс по периметру стен дома с закладными деталями под крепление мауэрлата и лежней .

Последующие работы выполняют после схватывания раствором пробок с кладкой

(через 2-3 суток). Надёжнее будет крепление крыши, если эти пробки заранее будут защемлены в стену во время её кладки.

Если перекрытие уже выполнено (как в нашем примере — из железобетонных плит), то покрытые антисептиком и просмоленные снизу мауэрлаты (п.3 узел 1) укладываются на несущую кирпичную стену дома по двум слоям толя и крепятся к защемлённым в стену деревянным пробкам (п.2 узел 1).

ПРИМЕЧАНИЕ:

Если стены заканчиваются без усиления карниза кладкой со свесом , то оголовок кладки стен необходимо закрепить монолитным поясом . В монолитных поясах (узел 16) защемлённые винтовые закладные детали устанавливают с шагом расстановки стропильных ног согласно проекту.

Мауэрлаты

и другие части стропил , соприкасающиеся с монолитным поясом , также должны быть изолированы прокладками из рулонных гидроизоляционных материалов (двумя слоями толи) — это предохранит их от возможной сырости и загнивания.

В небольших хозяйственных постройках с пролетом

между несущими стенами до 5 м допускается монтировать стропила по поперечным прогонам , так называемые навесные стропила .

Узел крепления навесных стропил к стенам дома показан на рис.1-2.

Навесные стропила

крепят на деревянную раму из лежней ( мауэрлатов ) по периметру стен . Прогонами могут служить и деревянным перекрытием дома при монтаже навесных стропил .

Раму под прогоны

закрепляют на конструкции стен при помощи деревянных пробок (рис.1-2 поз.3), защемлённых в кладку, или при помощи анкерных болтов (узел-15 поз.3) монолитного пояса по периметру стен под будущую крышу с встроенными в него затяжными креплениями под мауэрлат или лежень .

Укладку элементов крыш

в направлении перекрываемого пролета надлежит выполнить с соблюдением установленных проектом размеров глубины опирания их на несущие конструкции и зазоров между сопрягаемыми элементами .

Расчет массы кровельного пирога

Перед тем как провести расчет длины стропильной ноги, потребуется вычислить массу кровельного пирога. Для этого нужно будет взять простую формулу, по которой нужно плюсовать массы одного квадратного метра всех слоев кровельных материалов, а результат умножить на 1,1 – коэффициент коррекции, который улучшит надежность конструкции на 10 %.

Получается, что обычный расчет массы кровли можно выразить так: (масса 1 м2 обрешетки + масса 1м2 кровельного материала + масса 1 м2 гидроизоляционного покрытия + масса 1 м2 слоя утеплителя) × 1,1 = масса кровельного пирога, в которую входит коэффициент коррекции. Если планируется укладывать один из распространенных кровельных покрытий, то нагрузка на стропильную систему не выйдет за пределы 50 кг/м2.

Создавая проект односкатной или двускатной кровли, достаточно опираться лишь на массу кровельного пирога, равную 50 кг/м2. По такому принципу можно соорудить каркас кровли повышенной прочности, чтобы в будущем можно было изменить тип кровельного материала без повторного расчета системы стропил.

Расчет сечения, длины и шага стропил

Порядок расчета следующий:

1. Находят давление на 1м2 стропильной ноги. Для этого значение нагрузки на квадратный метр крыши умножают на коэффициент 0.8 (шаг стропил).
2. По таблице подбирают необходимое сечение и длину стропил исходя из полученных данных.
3. Дополнительно длину стропил можно всегда найти по теореме Пифагора + прибавить несколько сантиметров на карнизный свес.

Строительство сложных вальмовых крыш

Принцип устройства каркасов вальмовых крыш с более сложной архитектурой немногим отличается от приведенного примера. Последовательность работ точно такая же. Правда наслонные стропильные ноги все же разумней и надежней фиксировать с помощью врубок.

Крайне желательно использование опор под диагональные стропилины. И перед монтажом коньковой части устанавливаются опорные рамы с лежнем внизу и коньковым прогоном вверху. Еще изменение угла наклона скатов при опирании врубкой следует учесть на этапе проектирования.

Как построить более сложную стропильную систему для интересной вальмовой крыши смотрите на видео:

Стропильная система вальмового типа сложнее каркаса обычной двухскатной крыши, но разобраться с ее устройством можно. Четырехскатная конструкция во многих случаях предпочтительней, она интереснее смотрится как над домами, так и над беседками и прочими бытовыми постройками. Описанный вариант сооружения поможет освоить азы в деле возведения вальмовых конструкций, а при удачном результате продолжение обязательно последует.

Краткие сведения об устройстве стропильной системы и ее проектировании

Стропильной системой называют балки, на которые опирается крыша, а сами стропила опираются на несущие стены по периметру здания. При этом под ними часто создают мауэрлат (так называются брусья, на которые опираются стропила). Стропила могут существенно отличаться по своему внешнему виду, используемым материалам и по их количеству. Они отличаются также допустимой максимальной нагрузкой, которую могут выдержать. В то же время, стропилами определяется форма крыши и зачастую материал кровельного покрытия

Для создания проекта стропильной системы настоятельно рекомендуется обратиться в специализированное архитектурное бюро, поскольку это очень сложная работа. Для правильного расчета при проектировании необходимо вычислить максимальную ветровую нагрузку (даже если ветры в этой местности не частые и не сильные), величину осадков зимой и летом, знать массу кровельного материала с обрешеткой под него и т.д. Именно на основании таких вычислений определяется толщина несущих стен периметра здания. Если неправильно был произведен расчет, то возможны различные неприятные последствия от деформации кровли до «разъезда» и обрушения несущих стен.

Вернуться к оглавлению

Комбинированные элементы

Минус дерева в том, что оно со временем деформируется под воздействием нагрузок.

Поэтому используют комбинированные стропила из деревянных и металлических элементов.

Металлические применяются для повышения несущей способности конструкции.

К ним относятся ригели, подкосы, бабки и т.п.

Минусом такой стропильной системы является накопление конденсата на металле, что в свою очередь может спровоцировать загнивание деревянных частей.

Общие сведения

Вальмовая крыша представляет собой конструкцию, которая состоит из четырех скатов. Торцевые ее скаты, называются вальмами, отсюда и такое название. Если разбить кровлю на простые геометрические фигуры, то получится, что она состоит из следующих элементов:

• Двух трапеций — это боковые плоскости, как у обычных двускатных аналогов;
• Двух треугольников — это и есть вальмы.

Следует отметить, что вальмовые кровли бывают с разными углами скатов, т.е. угол наклона боковых плоскостей может отличаться от угла наклона вальм. Смотрятся они даже интересней, чем аналоги с одинаковым углом наклона.

Скаты вальмовой кровли представляют собой две трапеции и два треугольника

Одной из главных достоинств такой кровли является ее привлекательный внешний вид — она смотрится сложней и оригинальной двускатной крыши. Кроме того, имеются и другие достоинства:

• Обеспечивает надежную защиту от осадков;
• Подвергается меньшим ветровым нагрузкам.

Единственное, эта конструкция не подходит для использования чердачного пространства в качестве жилого помещения. Правда, выходом в таком случае является полувальмовая крыша. Она представляет собой практически обычную двускатную крышу, но края торцов скошены.

Полувальмовые крыши можно использовать для обустройства жилого чердака

Соответственно, полувальма не препятствует обустройству на чердаке жилого этажа, так как чердачное пространство практически не уменьшается. Но, в то же время, кровля приобретает гораздо более привлекательный внешний вид. Единственное высота конька должна быть достаточно большой.