Расчет стропильной системы двухскатной крыши

Для зданий небольшой высотности отлично подойдет стропильная кровля. Она украсит фасад дома, а при достаточном уклоне снег на такой кровле не скапливается, в отличие от плоской конструкции.

Одна из разновидностей стропильной кровли — двускатная. Это достаточно простая система, которая образуется двумя скатами. Скат кровли — это вся наклонная плоскость, при помощи которой обеспечивается водосток.

Конструкция опирается на две параллельные стены. Такая кровля образует два треугольных боковых фронтона. Фронтон — это завершение фасада здания.

Достоинства двускатной системы

1. Простота проектирования.
   Расчёт несущей способности и необходимых материалов для устройства такой кровли достаточно прост, так как вариантов типов  и размеров несущих конструкций немного;
2. Простота монтажа.
   Двускатная кровля не имеет сложных конструктивных элементов. Малое количество типоразмеров позволяет быстрее установить все элементы кровли;
3. Удобство эксплуатации.
   Чем меньше различных изломов имеет крыша, тем надёжнее она защищает жилище. В самом простом исполнении двускатная крыша имеет всего один излом — конёк. Такую кровлю проще ремонтировать в случае появления дефектов;
4. Свободное пространство.
   Для обустройства мансарды предпочтительнее двускатная кровля, так как она меньше «съедает» пространство. Для сравнения, рассмотрим дом 6х6 м с мансардой. У наружных стен высота от пола помещения до кровли 1.5 м, у конька — 3 м. Для двускатной кровли при таких условиях объём помещения составит 81 м.куб, а для вальмовой, имеющей четыре ската, 72 м.куб. Для больших размеров здания потери в объёме будут увеличиваться.

Типы конструкций

Существуют четыре основных типа двускатных кровель:

1. Симметричная.
   Надёжна, устойчива, проста в исполнении, в основе лежит равнобедренный треугольник;
2. Несимметричная.
   Конёк располагается не по центру, скаты кровли имеют разные уклоны;
3. Ломаная симметричная.
   Скаты кровли имеют излом. Значительно увеличивает высоту помещения;
4. Ломаная несимметричная.
   Чердачное или мансардное помещение получается меньше, чем в предыдущем случае. Крыша имеет очень необычный внешний вид.

Общие принципы расчёта стропильной системы

Самыми важными несущими частями стропильной системы двухскатной кровли здания являются мауэрлат, ригель и стропила. Мауэрлат работает на сжатие, поэтому его сечение можно взять условно.

Ригель и стропильные ноги испытывают на себе изгибающий момент.

Расчёт таких конструкций производится по прочности и по жёсткости. Для небольших зданий можно выбрать их сечение приблизительно, но для серьёзных построек, в целях безопасности и экономии материала расчёт стропильной системы должен выполнить профессионал.

Нагрузка от собственного веса кровли

Чтобы выполнить расчёт необходимо знать нагрузку на 1 м.кв. кровли.

Для этого нужно сложить массы 1 м.кв. всех кровельных материалов:

1. подшивка (если она есть, чаще всего выполняется из гипсокартона);
2. стропильные ноги. Чтобы посчитать какой вес стропил приходится на квадратный метр кровли нужно найти массу погонного метра стропильной ноги и разделить это число на шаг стропил в метрах. Для расчёта можно принять приблизительное сечение стропила, площадь этого сечения необходимо умножить на плотность древесины;
3. утеплитель (если он есть). Плотность утеплителя должна быть указана производителем, её необходимо умножить на толщину;
4. обрешётка. Для обеспечения запаса в расчёт можно брать сплошную обрешётку. Например, 1 м.кв. обрешётки из доски толщиной 32 мм будет весить приблизительно 25 килограмм;
5. кровельный материал. Масса 1 м.кв. покрытия обычно указывается производителем.

[youtube id=»CriZ8JMSYoI» align=»center» mode=»normal»]

Снеговая нагрузка

Снеговая нагрузка для каждой местности своя и равняется весу снегового покрова на горизонтальной плоскости.

На территории России она может принимать значения от 80 до 560 килограмм на метр квадратный. В интернете можно легко найти карту распределения снеговой нагрузки и выбрать нужное число исходя из района строительства.

Угол наклона кровли

Угол наклона кровли достаточно легко рассчитать, зная геометрию и имея под рукой инженерный калькулятор или стандартный калькулятор на персональном компьютере.

Если разделить высоту подъема кровли на расстояние от конька до карниза в плане, получается уклон кровли в долях или тангенс угла наклона. Для того чтобы вычислить угол, достаточно лишь найти арктангенс.

Если использование инженерного калькулятора вызывает затруднения, арктангенс можно найти с помощью калькулятора онлайн.

Расчёт шага стропил

Шаг стропил мансардной кровли следует выбирать из соображений удобства монтажа утеплителя. Маты обычно имеют ширину 60 сантиметров, поэтому шаг стропил стоит выбирать так, чтобы расстояние между ними в чистоте составляло 58 или 118 сантиметров. Два сантиметра позволят установить плиты утеплителя очень плотно, что позволит ему держаться между стропилами и улучшит теплоизоляцию.

Длина стропильной ноги

Длину ноги легко вычислить по формуле:
L / cosα,
здесь L – это расстояние от конька крыши до внутренней поверхности наружной стены в плане, а cosα – это косинус угла наклона кровли. При жёстком креплении нужно прибавить величину врубки.

Сечение стропильной ноги

Сечение стропильной ноги нужно подбирать кратным размеру досок и бруса.

Пример простого расчёта сечения стропильной ноги:

1. находим нагрузку на 1 погонный метр стропила.
   q = (1.1*масса 1 м.кв. кровли*cosα + 1.4*нормативная снеговая нагрузка* cosα2)* шаг стропил;
2. находим W.
   W = q*1,25*полёт стропил/130;
3. решаем уравнение:
   W = b*h2/6.
   В этом уравнении b – ширина сечения стропильной ноги, а h–высота.

Для решения нужно задаться шириной и найти высоту, решив простое квадратное уравнение. Ширину можно назначать 5 см, 7.5 см, 10 см, 15 см. При небольших пролётах ширина 15 см нецелесообразна.

Для расчета стропильных систем существуют всевозможные таблицы, программы, онлайн калькуляторы.

Основные элементы кровли

Основными элементами двускатной, как и любой другой стропильной кровли, являются:

1. Стропильная нога – основная несущая конструкция кровли. Ряд стропильных ног образует плоскость ската и передает нагрузку от обрешётки, утеплителя, кровельного материала и снега через мауэрлат на стены здания;
2. Мауэрлат – деревянный брус, укладываемый на внутреннюю грань наружных стен. Служит нижней опорой для стропильных ног;
3. Ригель – деревянный брус, располагающийся в коньке кровли. Опирается на фронтоны, но может иметь промежуточные опоры. Служит верхней опорой для стропильных ног;
4. Обрешётка – тонкие доски, которые укладываются поперёк стропильных ног под кровельный материал. Обрешётка карниза кровли должна быть сплошной, на остальной плоскости ската доски можно укладывать разреженно;
5. Карниз – нижняя часть кровли у наружных стен;
6. Конёк крыши – излом, который образуется при смыкании скатов;
7. Конёк кровли – коньковое покрытие щели, которая образуется при укладке материала кровли;
8. Кровельное покрытие – самый верхний слой кровли, может быть выполнен из металла, керамики или гибкой черепицы;
9. Кобылка – доска, продолжающая стропильную ногу для образования свеса кровли.

Стропильная крыша с мансардой

Чтобы полностью использовать пространство под крышей можно спроектировать мансарду.

Мансардный этаж – это этаж в чердачном пространстве. Фасад мансарды полностью или частично образуется поверхностями крыши. Согласно нормативным документам, чтобы помещение считалось мансардой, линия пересечения плоскости крыши и наружной стены не должна находиться выше, чем 1.5 м от уровня пола. Если это требование не выполнено, пространство будет считаться обычным этажом.

Кровля мансардного этажа отличается от кровли чердачного наличием в своей конструкции утеплителя. Чаще всего для утепления мансардной крыши используются минераловатные плиты.

Освещение мансардного пространства может осуществляться тремя способами:

1. оконные проёмы во фронтонах;
2. слуховые окна;
3. мансардные окна.

Слуховое окно – это оконная конструкция, которая имеет каркас, монтируемый одновременно со стропильной системой. Этот каркас выполняется из дерева. Слуховое окно имеет собственную маленькую крышу, которая может быть двускатной или цилиндрической. Сам стеклопакет устанавливается вертикально.

Мансардное окно – это окно, специально предназначенное для использования на стропильной кровле. Оно устанавливается в плоскость ската в наклонное положение. Мансардное окно должно выдерживать расчётную снеговую нагрузку. Лучше не использовать такой тип окон в кровлях с небольшим уклоном.

[youtube id=»fOlIW8FXVP8″ align=»center» mode=»normal»]

Выбор материала кровли

После того, как определен внешний вид кровли, можно приступить к выбору материала. Существует несколько видов современных покрытий. В списке, приведённом ниже, варианты материалов приведены в порядке убывания средней рыночной стоимости.

1. Керамическая черепица.
   Керамика, как материал кровли, имеет долгую историю. Керамическая крыша надёжна и долговечна. Минусами этого материала является цена и большая масса. Под кровлю из керамической черепицы придётся устраивать усиленную стропильную систему и обрешётку;
2. Цементно-песчаная черепица.
   Обладает практически всеми характеристиками керамической, но стоит чуть меньше;
3. Гибкая битумная черепица.
   Обладает хорошими звукоизоляционными характеристиками. Благодаря шероховатой поверхности черепица способна не давать снегу съезжать с крыши. Требует сплошной обрешётки, обычно используется слой влагостойкой фанеры. Нельзя использовать на кровлях с большими уклонами;
4. Металлическая черепица.
   По сравнению с предыдущими покрытиями, обладает меньшим весом. Легко монтируется. Минусом металлической кровли является то, что во время дождя она может быть слишком шумной.
5. Фальцевая кровля.
   Самый привлекательный вариант в плане стоимости. Требует специальной квалификации при монтаже, так как непрофессионалу будет сложно качественно выполнить соединения. Монтаж более трудоёмкий, чем у металлической и гибкой черепицы. Такая же «шумная», как и металлическая черепица.

Материал кровли полностью зависит от желаний и возможностей заказчика. Исключение составляют кровли со слишком большим или слишком маленьким уклоном, так как все материалы имеют ограничения по углу наклона ската.

Виды стропильных систем

Конструктивные системы стропильной кровли могут быть трёх видов:

1. Наслонные стропила.
   Стропила опираются по двум сторонам. Снизу – на мауэрлат, сверху – на ригель. В качестве промежуточных опор могут использоваться стойки и подкосы. Чаще всего используются в зданиях с небольшим расстоянием между торцами или при возможности поставить стойки или стену посередине мансарды.
   При больших пролётах стропил (больших расстояниях между продольными стенами) могут дополнительно использоваться стойки, подкосы или затяжки.
   Наслонные стропила просты в расчётах.
   Обычно самым мощным элементом такой системы является ригель, который несёт на себе половину нагрузки от всей конструкции кровли.
2. Висячие стропила.
   При отсутствии возможности использования ригеля в качестве верхней опоры, разумно использовать эту стропильную систему.
   Висячие стропила опираются только на мауэрлат, а в верхней точке соединяются между собой с помощью накладки.
   Эта стропильная система работает под нагрузкой как ферма. Наибольшее давление приходится на наружные стены. Возникает горизонтальная сила – распор, которая может привести к смещению стен. В конструкции висячих стропил распорное усилие воспринимает затяжка, которая стягивает стропильные ноги и не даёт им разъезжаться.
   Висячие стропила классифицируются в зависимости от месторасположения затяжки:
   1) Треугольная трёхшарнирная арка.
   Затяжка и стропила образуют треугольник. Затяжка располагается в уровне перекрытия;
   2) Треугольная трёхшарнирная арка с подвесом.
   При большом пролёте стропил затяжка может не пройти по требованиям прогиба. Чтобы предотвратить её провисание, затяжку подвешивают к коньку. Но при такой системе, так же, как и при системе наслонных стропил, посередине мансарды образуется ряд стоек;
   3) Треугольная трёхшарнирная арка с приподнятой затяжкой.
   Затяжка располагается чаще всего в уровне потолка мансардного помещения. Такая схема менее выгодна с точки зрения работы конструкции. Чем выше расположена затяжка, тем больший распор она воспринимает.
   Висячие стропила должны рассматриваться как треугольная ферма, что усложняет расчёт.
3. Комбинированные стропила.
   К комбинированной системе можно отнести распорные наслонные стропила. Они нуждаются как в установке ригеля, так и в затяжке. В отличие от предыдущих вариантов, в которых стропила к мауэрлату крепятся шарнирно, здесь стропильная нога крепится жёстко, поэтому в системе возникает распор. Для такой системы мауэрлат должен быть надёжно прикреплен к стене, а сама стена быть прочной и толстой. Отличным вариантом стане выполнение по периметру железобетонного пояса.

Монтаж стропильной системы

Монтаж происходит в следующем порядке:

1. укладка мауэрлата;
2. установка ригеля (если он есть);
3. раскладка стропил;
4. утепление (если есть);
5. обрешётка;
6. кровельный материал.

Прикрепление стропильной ноги к мауэрлату может быть жёстким и шарнирным.

Шарнирное закрепление

Даёт возможность компенсировать расширение древесины под действием влажности и перепадов температуры.

Крепление может осуществляться несколькими способами:

1. с помощью специального крепежа, металлической «салазки»;
2. с помощью крепёжной пластины;
3. на стропильной ноге выполняется запил. Место стыка стропильной ноги и мауэрлата фиксируется с помощью гвоздей.

Жёсткое закрепление

Стропило крепится к мауэрлату врубкой и надёжно фиксируется гвоздями, забитыми под углом по отношению друг к другу. Один гвоздь вбивается вертикально поверхности мауэрлата. Такое соединение исключает смещение в любой плоскости.

Двускатная стропильная система имеет неоспоримые преимущества. Её можно спроектировать и смонтировать самостоятельно, нужно лишь ответственно отнестись к этому вопросу и продумать всё до мелочей.

[youtube id=»JmBKjireOV4″ align=»center» mode=»normal»]