Расчет стропил

Стропильная система – «скелет» любой кровельной конструкции. От правильности его изготовления и установки напрямую зависит надежность, качество и долговечность крыши. При желании с обустройством стропильной системы можно справиться самостоятельно. Хотите узнать как? Изучите следующее руководство!

Существуют наклонные и висячие стропильные системы. По статистике чаще всего применяются конструкции наклонного типа. При обустройстве такой системы стропила упираются в мауэрлат. Функцию центральной части выполняет простой коньковый прогон. Для увеличения прочности системы монтируются поддерживающие балки.

В случае же с висячими стропилами конструкция системы комплектуется дополнительными стойками, способствующими оптимальному распределению нагрузки по всей площади кровельной конструкции.
Изготовление и монтаж стропил обеих разновидностей осуществляется в аналогичной последовательности, но с учетом перечисленных выше особенностей и различий.

Любая стропильная система состоит из таких основных компонентов:
стропильных ног. Монтируются параллельно по отношению к скатам. Предотвращают прогиб кровельной конструкции;
прогона. Представляет собой поперечный брус, устанавливаемый продольно сверху;
лежней и стоек – поддерживают прогоны стропильной конструкции;
подкосов – компоненты подстропильной фермы, благодаря которым обеспечивается дополнительная устойчивость стропил.

Чаще всего стропила изготавливаются из хвойной древесины. Это сравнительно недорогой, достаточно прочный и простой в обработке материал
В случае самостоятельного изготовления стропил лучше всего использовать брус сечением 10х10 либо 15х15 см.
Также при выборе древесины нужно обращать внимание на ее влажность. Максимально допустимый показатель – 20%. При более высоких значениях материал даст усадку, что приведет к нарушению конфигурации всей кровельной системы.

Рассчитываем оптимальную длину стропил. Стандартная длина изделий фабричного изготовления составляет 450 или 600 см. При необходимости длину стропил можно изменять.

Для определения оптимального сечения бруса нужно знать следующее:
длину стропил;
шаг монтажа элементов;
расчетные показатели будущих нагрузок.
Необходимая информация приведена в следующей таблице.

Таблица 1. Выбор шага установки стропил в зависимости от их длины и сечения

Длина стропил, м Расстояние между стропилами, см Размер сечения бруса стропил, см
До 3 120 8х10
До 3 180 9х10
До 4 100 8х16
До 4 140 8х18
До 4 180 9х18
До 6 100 8х20
До 6 140 10х20
Остальные элементы кровельной системы должны иметь такие сечения:

мауэрлат – 10х10 либо 15х15 см. Также допускается монтаж мауэрлата из бруса сечением 10х15 см;
диагональные стропильные ноги и ендовы – 10х20 см;
затяжки – 5х15 см;
прогоны – 10х10, 10х20 см;
подкосы – 10х10 или 15х15 см;
подшивочные доски – 2,5х10 см;
ригели – 10х15 или 10х20 см.

Расчет нагрузки на стропила

Зная длину и сечение стропил, а также шаг их монтажа, вы с легкостью рассчитаете нужное количество элементов, ориентируясь на длину стены строения.
Дополнительно должен быть выполнен расчет стропил на прогиб. То есть нужно узнать, насколько стропила смогут прогнуться, пока не сломаются. К примеру, при конструировании мансардной кровельной конструкции расчет фермы надо сделать так, чтобы прогиб составлял не более 1/250 от протяженности участка, который подвергается давлению.
Исходя из вышесказанного, если длина стропил равна 500 см, максимально допустимое значение прогиба составит 0,2 см. Показатель кажется несущественным, но в случае его превышения прогиб кровли будет зрительно заметен, да и на надежности конструкции это отразится не лучшим образом.

Превращаем деревянный брус в стропила

Изготавливаем шаблон, с помощью которого будет выполняться дальнейшая работа. Стропила имеют однотипную конструкцию, так что шаблон позволит вам сэкономить силы и время.
Соединяем две доски по одному краю гвоздем. В результате вы должны получить конструкцию, напоминающую ножницы.
Ставим свободные края «ножниц» на опоры в точках будущего размещения стропил. Это позволит определить уклон кровельного ската.
Берем дополнительную пару гвоздей и фиксируем угол, установленный между досками. На этом шаблон готов. Дополнительно зафиксируйте его поперечной перекладиной. Чтобы установленный угол уклона кровельного ската не менялся под воздействием нагрузок, перекладину крепите саморезами.

Будьте предельно внимательны при создании шаблона. Даже из-за малейших отклонений вся конструкция может испортиться.
Далее делаем новый шаблон для подготовки монтажных зарезов на элементах системы. Используйте фанеру толщиной 0,5 см. Для укрепления применяйте 2,5-сантиметровую доску. Размеры зарезов подбирайте с учетом сечения используемых стропил.
С помощью готовых шаблонов делаем зарезы и начинаем собирать ферму.

Порядок сборки фермы

Конструкция включает в себя опорные ноги и соединяющие компоненты. Ферма напоминает треугольник. Выполните работу в указанной последовательности, и готовая конструкция сможет достойно переносить все поступающие нагрузки.
Ферму можно делать на земле с дальнейшим подъемом наверх либо же прямиком на крыше. Первый вариант более прост и удобен в выполнении.
Стропильную ферму собираем в следующем порядке. Сначала обрезаем заготовленный материал до нужного размера, стыкуем бруски верхними краями и скрепляем с помощью шурупов. Для предотвращения появления трещин в местах скрепления предварительно просверливаем в брусках отверстия диаметром немного меньше размера крепежных элементов.
Также для соединения стропильных ног используем ригель. Фиксацию выполняем на полметра ниже верхней точки скрепления элементов. Ригели будут способствовать повышению жесткости конструкции и исключат риск прогиба. Крепление ригеля выполняем в выемках, предварительно обустроенных в стропилах посредством вырубки.
При необходимости стропила срезаются под углом, если этого требуют особенности обустраиваемой кровельной конструкции.

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.
После установки всех элементов конструкции приступаем к креплению обрешетки и дальнейшему обустройству кровельной системы: влаго-, тепло- и пароизолированию, а также монтажу выбранного финишного покрытия.

Схемы стропильных систем

Проектируя любое жилое строение, архитекторы особое внимание уделяют крыше, так как она выполняет не одну, а сразу несколько функций, в зависимости от ее конструктивных особенностей. Нужно сказать, что далеко не всех будущих домовладельцев удовлетворяет обычная двухскатная крыша, хотя ее можно назвать самой надежной, так как она имеет всего две скатные плоскости и один стык между ними.

Многих привлекают более сложные конструкции, которые добавляют строению особую привлекательность и оригинальность. Другие, более практичные домовладельцы, предпочитают мансардные конструкции, которые одновременно способны выполнять роль кровли и второго этажа.
Основой любой крыши является индивидуальная стропильная система, имеющая свои конструктивные особенности.

Сделать выбор нужного каркаса крыши будет значительно проще, если заранее разобраться какие же виды и схемы стропильных систем используются в строительной практике. После получения подобной информации станет более понятно, насколько сложны такие конструкции в монтаже. Особенно это важно знать, если каркас для крыши предполагается возводить самостоятельно.

При обустройстве скатных конструкций крыш, стропильная система является каркасом для покрытия и для удержания материалов «кровельного пирога». При грамотном монтаже каркасной конструкции будут создаваться необходимые условия для правильной «работы» утепленных и неутепленных типов кровель, защищающих стены и внутреннее пространство дома от различных атмосферных воздействий.
Кровельная конструкция также всегда является завершающим архитектурным элементом экстерьерного оформления строения, своим видом поддерживая его стилистическое направление.

Тем не менее, конструктивные особенности стропильных систем в первую очередь должны соответствовать требованиям прочности и надежности, которым должна соответствовать крыша, и лишь затем уже – эстетическим критериям.

Каркас стропильной системы формирует конфигурацию и угол наклона крыши. Эти параметры во многом зависят от природных факторов, характерных для конкретного региона, а также от желания и возможностей домовладельца:
-Количество осадков в разные периоды года.
-Направление и средняя скорость ветра в местности, где будет возводиться постройка.
-Планы по применению пространства под крышей – обустройства в нем жилых или нежилых помещений, или же использования его лишь в качестве воздушной прослойки для термоизоляции расположенных ниже помещений.
-Разновидность планируемого материала кровельного покрытия.
-Финансовые возможности домовладельца.
Атмосферные осадки и сила потоков ветра дают весьма чувствительную нагрузку на строение кровли. Например, в регионах с обильными снегопадами не стоит выбирать стропильную систему с небольшим углом наклона скатов, так как снеговые массы будут задерживаться на их поверхности, что может привести к деформации каркаса или кровельного покрытия или к протеканиям.

Если же местность, где будет производиться стройка, славится своими ветрами, то лучше выбирать конструкцию с небольшим уклоном ската, чтобы случающиеся резкие порывы не сорвали отдельных элементов крыши и кровли.

К основным элементам стропильной системы скатной крыши относятся:

Детали и узлы стропильных систем
Стропильные ноги, формирующие скаты кровли.
Мауэрлат — деревянный брус, закрепляемый на стенах дома и служащий для фиксации на нем нижней части стропильных ног.
Конек — это стык каркасов двух скатов. Он обычно является самой высокой горизонтальной линией крыши и служит опорой, на которой закрепляются стропила. Конек может быть сформирован стропилами, скрепленными между собой под определенным углом или же зафиксированными на коньковой доске (прогоне).
Обрешетка — это рейки или брус, монтируемые на стропила с определенным шагом и служащие основой для настила выбранного кровельного материала.

Подпорные элементы, куда можно отнеси лежни, прогоны, стойки, подкосы, стяжки и другие детали, служат для повышения жесткости стропильных ног, поддержки конька, связывания отдельных деталей в общую конструкцию.
В первую очередь стоит рассмотреть базовые виды стропильных систем относительно расположения стен дома, которые применяются во всех конструкциях крыш. Базовые варианты разделяют на наслонную, висячую, а также комбинированную, то есть включающую в свою конструкцию элементы и первого, и второго типа систем.

В постройках, где предусмотрены внутренние несущие стены, чаще устанавливается наслонная стропильная система. Монтировать ее гораздо проще, чем висячую, так как внутренние несущие стены обеспечивают для ее элементов надежную опору, а кроме того, для этой конструкции потребуется меньшее количество материалов.
Для стропил в этой системе определяющей опорной точкой является коньковая доска, на которой они и закрепляются.

Висячая стропильная система монтируется в строениях, где отсутствуют капитальные перегородки внутри здания, а расстояние между боковыми несущими стенами варьируется от 6 до 11 м и более. В этом случае конструкция крыши полностью опирается на несущие стены и дает на них высокую распорную нагрузку. Поэтому, что несколько ослабить напряжение, используются дополнительные скрепляющие горизонтальные элементы, которыми стягиваются стропильные пары — эти детали конструкции называют ригелями или затяжками.

Формы крыш и их стропильные системы
Крыши могут иметь один или несколько скатов, соединенных разными способами. Каждая из конструкций формируется индивидуальной каркасной системой, главными элементами в которой являются стропила.
Так, в зависимости от конкретных условий, от типа и архитектурных особенностей здания применяются следующие конструкции крыш:

Односкатная крыша.
Плоская.
Двускатная конструкция.
Вальмовая, четырехскатная.
Полувальмовая.
Многощипцовая.
Шатровая.
Ломаная или мансардная крыша.

Все выше представленные варианты крыш могут быть установлены на деревянные, кирпичные, возведенные из иных материалов строения. Выбирая стропильную систему для того или другого здания, нужно определиться с несколькими факторами:
Заранее решается, будут ли располагаться в чердачном пространстве хозяйственные или жилые помещения. Если они планируются, то лучше выбирать двускатную или ломаную мансардную крышу, но иногда они могут быть организованы и под вальмовой или односкатной конструкцией.
В зависимости от внутренней конструкции дома, то есть наличия внутренних несущих перегородок, выбирается наслонная или висячая система.
Кроме этого, учитывается количество выделяющихся секторов дома. Если их несколько, то определяются конструкции крыш для каждого из них.
Должна быть ясность с типом кровельного материала, которым планируется покрывать крышу, так как от него тоже зависит выбор конструкции стропильной системы.
Обязательно нужно предусмотреть климатические особенности региона — ветровую и снеговую нагрузку на крышу.
Следует определить правильное расположение дома относительно преобладающей розы ветров.
И наконец, необходимо рассчитать свои финансовые возможности, прикинув необходимое количество материалов и их стоимость.
Если нет опыта в проектировании и расчете стропильных систем, то лучшим выходом станет обращение за помощью к специалистам, которые предложат разные варианты крыш и помогут произвести все расчеты.

Соединение стропил кровли с мауэрлатом

Необходимым условием качественной сборки кровли является правильный монтаж досок конькового бруса и мауэрлата. Если при установке стропильной системы будут допущены какие-либо ошибки или крепления деталей будут выполнены некачественно, то это может привести к деформации и разрушению крыши. Поэтому работы производят по правилам и технологиям, указанным в строительных нормах, которые регламентируют монтаж кровли. Стропильные соединения могут быть наслонными или висячими. Поэтому различаются методы фиксации элементов.

Вес кровли и досок создает определенную нагрузку на стены строения. Эта нагрузка должна быть равномерной.

Узлы фиксации подразделяются на следующие виды:

монтаж досок при наращивании; монтаж к мауэрлату; монтаж узлов к специальным деталям, которые обеспечивают надежность конструкции кровли.

Мауэрлат представляет собой большую балку, которую укладывают вдоль оси несущих стен параллельно коньку кровли. Мауэрлатом является брус, который имеет сечение 15х15 см. Его фиксируют к несущей стене шпильками, которые замуровывают в бетон. Это осуществляется при помощи проволоки, которой перевязывают опорный брус. В строительстве существует два метода фиксации стропил к мауэрлату. Первый способ предусматривает жесткую фиксацию досок и балок, второй – скользящее крепление.

ЖЖесткое соединение стропил и мауэрлата
Жесткая фиксация досок применяется при монтаже наслонных балок. При этом нужно крепко установить стропильную ногу на балку. На этот узел не оказываются дополнительные нагрузки на поворот, на сдвиг, на кручение или скольжение.

Необходимую жесткость узлов можно достичь двумя способами: посредством нашивки на доски подпорного бруска и посредством врубки, которую выполняют на стропильной ноге. Прежде всего на каждой ноге производят врубку по соответствующему шаблону. На данном этапе работ глубина седла не больше 1/3 высоты бруска. После этого стропила устанавливают седлом в мауэрлат и фиксируют гвоздями. Их прибивают с обеих сторон доски под определенным углом друг к другу. Затем вертикально забивают еще один гвоздь. Таким образом создается достаточно жесткое надежное соединение. Этот метод применяется при монтаже кровли в строительстве в большинстве случаев.

В мауэрлате стропил нельзя делать врубку, так как это может повлечь разрушение конструкции. Врубку выполняют только в стропильных досках.

При жестком монтаже балки равномерно распределяют воздействие нагрузок по несущей стене здания.

Другой метод соединения стропил и мауэрлата осуществляется при помощи специального метрового бруска, который подвешивают к стропильной ноге. Метровый брусок упирается в брус. Для фиксации бруска применяют металлические уголки. Они не позволяют стропильной ноге сдвинуться в какую-либо сторону.

Если при строительстве кровли на одной стороне стропильной ноги уже выполнено жесткое соединение, то на другой стороне используют другой вид. При изменении погодных условий древесина, из которой изготавливаются зданя, может изменять свою форму. Если с обеих сторон будут выполнены жесткие крепления, то это может вызвать возникновение дополнительных нагрузок на каркас здания. Это может повлечь деформацию несущих стен дома.

Этот вид соединения применяют при строительстве домов из бревен или бруса. После окончания строительства здания древесина еще несколько лет меняет свою форму, дает усадку или расширяется. Таким образом осуществляется процесс усадки дома. В это время происходит также и усадка элементов стропильной системы кровли. Именно вследствие этого нельзя выполнять их жесткое соединение, иначе это может вызывать деформацию всего здания. Поэтому в узлах крепления стропил и мауэрлата необходимо обеспечить определенную свободу движения. Для этого применяют системы монтажа, которые именуются салазками. Используют металлические уголки, которые имеют вытянутые отверстия для соединений.

Монтаж распорок и висячих досок выполняют при помощи хомутов или скоб. Кроме того, нужно присоединить стропильные ноги к несущим стенам проволочными скрутками. В результате такого крепления не будет происходить сдвигания кровли при порывистом ветре.

Когда происходит усадка дома из древесины, монтаж стропил скользящим методом позволяет обеспечить надежность конструкции крыши дома. В зависимости от конструкции крыши подбирают определенный метод соединения стропил. При этом используют разные металлические элементы креплений. В качестве креплений используют металлические уголки, болты, пластины, саморезы, стальные кронштейны, стяжки из проволоки. В случае применения кронштейнов при соединении стропил с мауэрлатом не нужно выполнять врезку на стропиле. Благодаря этому увеличивается несущая способность стропил. Кронштейны изготавливают из оцинкованной стали с толщиной 0,2 см. Прикрепляют кронштейны анкерными болтами, шурупами или гвоздями. Для крепления применяют перфорированные прочные элементы крепежа.

Если при строительстве здания используется самый простой способ конструкции кровли, то соединение стропил и мауэрлата выполняют в одной плоскости со стропильной ногой. Тогда нагрузка элементов крыши имеет точечный характер. Она не распределяется по всем несущим стенам здания с помощью балок. В балках перекрытий, которые выступают на 40 см, на торцах вырезают специальные пазы, в них вставляют доски. Для качественного монтажа поперечин применяют струну, которую натягивают на крайние балки.

Доски, которые устанавливают в пазы, нужно прикрепить к балкам стальными уголками. В некоторых случаях их присоединяют к балкам при помощи деревянных накладок. Этот способ крепежа не такой прочный, как при использовании стальных крепежных элементов.

Монтаж досок в коньковой части выполняется встык. Торец каждого стропила подрезают под углом, соответствующим углу ската кровли. Для этого делают шаблон. Под коньком доски соединяют двумя гвоздями, которые забивают под углом. Коньковые соединения можно скреплять стальной пластиной или накладкой из дерева, которую стягивают болтами. При изготовлении конькового прогона доски присоединяют к коньковому брусу. Наиболее часто применяют соединение внахлест. При этом стропильные ноги присоединяют боками и скрепляют их болтами.

Обычно длина досок составляет 6 м. Если необходимо использовать доски большей длины, добавляют брус. Скрепить детали конструкции можно по-разному. Монтаж встык делают из брусьев, концы которых срезаны под прямым углом. На место соединения с обеих сторон забивают древесные накладки. Элементы креплений размещают в шахматном порядке. Вместо деревянных накладок можно использовать металлические пластины. Монтаж внахлест выполняют из брусьев, концы которых подрезают под каким-либо углом. Длина соединения брусьев должна быть не меньше 1 м. Элементы крепежа размещают в шахматном порядке. Если используются болты, то нужно использовать шайбы из металлических пластин, чтобы элементы креплений не погрузились в дерево.

Если крепления сделаны с помощью болтов, металлических пластин, стальных уголков, то они являются более прочными, чем монтаж гвоздями. При монтаже стропильной системы, представляющей собой основу крыши, необходимо соблюдение строгой технологии выполнения работ. От способа крепления зависит надежность кровли и длительность ее использования.

Обновлено: 18.03.2019 — 21:10

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *