Проект коттеджа с мансардой - основа скатной крыши

Несущая конструкция крыши - стропильная система. От ее прочности зависит долговечность всего дома -герметичность кровли, устойчивость стен. Стропила важно выполнить по всем правилам и на основе конструкторского расчета.

Нагрузки, которые должна нести стропильная система, делят на постоянные и временные. К первым относят вес самой системы, кровельного «пирога» и кровельного материала. Вторые включают ветровую и снеговую нагрузки (величина которых зависит от региона строительства), а также вес людей, которые ходят по крыше во время ремонта или других работ.

При расчете нагрузок учитывают также коэффициенты запаса, уклон и форму крыши. При проектировании стропильной системы берут во внимание условия ее опирания на стены, требования устройства мансарды или чердака, наличие на крыше окон (мансардных или вертикальных), фронтонов, другие особенности, обусловленные планировочными решениями дома. Стропильную систему собирают из отдельных элементов, на каждый из которых действуют силы в определенных направлениях.

Крайне рискованно возводить крышу без проекта, выполненного на основе конструкторского расчета. Недопустимо также привлечение к строительным работам малоопытных специалистов.

Требования к стропильной системе

Каждый элемент системы, а также вся она в целом должны быть жесткими, то есть не деформироваться под действием нагрузок давления, сдвига, распора. С учетом того, что жестким геометрическим элементом является треугольник, стропильную систему строят именно на основе этой фигуры. То есть из линейных элементов, жестко связанных между собой (досок, брусьев или металлических профилей), формируют конструкции в виде треугольников. Их еще называют фермами или рамами и устанавливают параллельно друг другу или в другом порядке, определенном проектом, обеспечивая жесткое закрепление на своих местах. Непрофессионально сделанная «подвижная» крыша не только будет протекать, но и может разрушить стены дома.

Крыша должна быть легкой, чтобы дополнительно не нагружать здание. В большинстве случаев стропильную систему делают из дерева. А в домах с применением металлических конструкций (например каркасных на основе металла) несущую конструкцию крыши тоже делают металлической. Крыши, имеющие особенно сложную пространственную форму, также иногда выполняют из металла, поскольку он прочнее дерева и легко позволяет обеспечить сложные соединения в любых направлениях.


Стропильная система должна быть сделана из качественного материала, поскольку она с трудом поддается ремонту (а при мансардной крыше даже доступ к осмотру стропил невозможен). Для стропил, затяжек, прогонов (конструкций, подверженных растяжению и изгибу) можно использовать древесину не ниже I сорта хвойных пород. Влажность древесины должна быть не выше 18 %. Следует строго соблюдать конструктивные и защитные мероприятия, продлевающие срок службы дерева. Все элементы стропильной системы должны быть обработаны антисептиками против гниения и грибка, а также антипиренами, повышающими устойчивость при пожаре.

Многолетний опыт строительства позволил выработать оптимальный состав элементов, из которых состоит стропильная система дома, их параметры и способы соединения. В настоящее время расчеты позволяют оптимизировать конструкции в сторону экономии древесины, разработаны более простые способы соединений. Но по-прежнему стропильную систему крыши дома собирают из отдельных элементов, которые используют в различных сочетаниях в зависимости от конкретной конструкции.

1.Стропильная нога (стропило) - балка, создающая уклон крыши и опору для кровли. На стропила действуют силы, заставляющие их изгибаться и стремиться от наклонного положения к горизонтальному. Стропила выполняют из досок, в которых размер сечения в вертикальном направлении значительно больше, чем в горизонтальном.

2.Затяжка - расположенная горизонтально доска или брус, соединяющая между собой стропила

на противоположных скатах и препятствующая расползанию их в стороны.

3.Мауэрлат - брус с сечением, близким к квадратному, на который стропила опираются своими нижними концами. Он лежит на стенах дома и равномерно передает

на них нагрузку от крыши.

4.Прогон - брус, на который опираются стропила своим верхним концом (коньковый прогон) или

в средней части. На прогон действуют изгибающие его вертикальные силы.

Четырехскатная крыша

5.Стойка - вертикальный элемент, который поддерживает стропила или прогон. Воспринимает вертикальные нагрузки, опирается на стены, колонны нижнего этажа или же на прогон (лежень), уложенный на перекрытие этажа.

6.Подкос - брус, направленный под утлом к вертикали, подпирающий стропило и препятствующий его прогибу.

7.Ветровая балка - доска, которой связывают между собой стропильные ноги, образующие скат крыши. Препятствует сдвигу стропильных ног относительно друг друга и подвижкам крыши при ветровых нагрузках. Ветровую доску располагают под углом к линии свеса крыши, прибивая ее к стропилам со стороны чердака.

8.Кобылка - доска, которую крепят к нижней части стропил для создания свеса кровли.

9.Шпренгель - балка из бруса или бревна, уложенная горизонтально на смежные стены перпендикулярно биссектрисе угла между ними. Шпренгель укрепляет стропильную конструкцию, придает ей устойчивость, воспринимая горизонтальные ветровые нагрузки.

10. Нарожник - укороченная стропильная нога в конструкции вальмой кровли, опирающаяся одним концом на диагональную ногу, а другими на мауэрлат.

Выбор сечения

Сечение элементов стропильной системы зависит от расчетной нагрузки, которая, в свою очередь, зависит от региона строительства (веса снега, силы ветра), типа кровельного материала, расстановки элементов. Например, обычно стропила располагают на расстоянии 0,8-1,2 м друг от друга, и чем ближе они размещены, чем меньше вес кровельного материала и длина стропил, тем меньше может быть сечение. Оно может быть меньше и при крутом скате. То же касается и других элементов системы. Ниже приведены лишь ориентировочные данные, точные размеры должны быть указаны в проекте.

Односкатная. Обычно имеет небольшой уклон - 14-260. В небольших зданиях с пролетом до 5 м ее выполняют на основе наслонной стропильной системы с опиранием на наружные стены и на внутреннюю при ее наличии. В строениях с большим пролетом применяют стропильные фермы.

Двускатная. Простая в изготовлении мансардная или чердачная крыша, ее используют в зданиях с уклоном 14-60°, пролет может достигать 16 м. При расстоянии между наружными стенами до 6 м можно применить висячие стропила. При больших пролетах и наличии внутренних опор используют систему с наслонными стропилами, а при их отсутствии - стропильные фермы.

Четырехскатная (вальмовая). Более сложная в монтаже, чем двускатная, но экономичная крыша (за счет отсутствия фронтонных стен), пригодна для мансард и чердаков, уклон может составлять 20- 6о°, пролет - до 12 м при наличии внутренних опор. Выполняют на основе системы с наслонными стропилами или стропильных ферм.

Мансардная (ломаная). Крыша имеет скаты, пологие в верхней части, а в нижней уклон может быть более 6о°. Позволяет увеличить площадь мансардных помещений на этаже, обычно ее применяют в зданиях шириной до ю м. Чаще выполняют на основе системы с наслонными стропилами, но гораздо проще монтировать такую крышу при использовании стропильных ферм.

Есть несколько принципиальных типов стропильных систем. Выбор конкретной конструкции зависит от размера и формы дома, расположения несущих стен, формы крыши, наличия внутренних стен и др. Каждый из типов стропильных систем имеет различные варианты решений, кроме того, на одном объекте их можно комбинировать.

Система с висячими стропилами. Обычно используется в двускатных крышах с пролетом между несущими наружными стенами до 6 м при отсутствии внутренних стен. Стропила в своей верхней точке опираются друг на друга, в нижнеи - на мауэрлат. Поскольку стропила стремятся разъехаться в стороны, создавая распор на стены, в системе присутствует затяжка, скрепляющая между собой стропильные ноги с противоположных скатов. Затяжки в виде балок могут располагаться у основания стропил и одновременно служить балками перекрытия. Затяжкой может быть также железобетонное перекрытие этажа (в этом случае оно должно быть жестко связано с обеими противоположными стенами). Затяжка (так называемый ригель) может располагаться и выше основания стропила, в том числе на высоте, позволяющей устроить мансардное помещение, что удобно при крутом наклоне крыши (40-60°). Если применять систему при пролете между наружными стенами более 6 м, то стропила необходимо подпирать раскосами или стойками, установленными на прогоны, уложенные на перекрытие. При этом длина нижней части стропильной ноги должна быть не более 4,5 м.

СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ: однопролетные здания со стенами из каменных материалов. ДОСТОИНСТВА: возможность перекрывать большие пролеты без промежуточных опор.

НЕДОСТАТКИ: необходимость компенсации распора на стены при помощи затяжек, большая нагрузка на стропила и, как следствие, большой вес стропильной системы.

Система с наслонными стропилами используется в крышах с любыми уклонами, различной формы, с пролетами между наружными стенами 10-16 м при наличии в пределах пролета опор (внутренних стен или колонн). Стропильные ноги в верхней части опираются на коньковый прогон, который, в свою очередь, поддерживается стойками или лежит на внутренней стене (лежне). Нижние части стропильных ног опирают на мауэрлат. В этой системе нагрузки направлены вертикально, распор стен не возникает, затяжка между стропильными ногами не нужна. При большом расстоянии между наружными стенами (например до 16 м) для опирания стропил вместо конькового прогона можно использовать два боковых, опирающихся на стойки, а также ригели и подкосы, которые служат для уменьшения изгиба стропильных ног. При создании мансардного этажа наслонные стропила удобно опирать на стенку, высотой 1-1,5 м (она называется аттиковой), при этом не требуется ее усиление железобетоном. Или же можно использовать стропильную систему с изломами (мансардную крышу с ломаными скатами).

СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ: для простых и сложных крыш с уклоном 20- 6о°, в том числе для односкатных крыш, для крыш каркасных и деревянных домов.

ДОСТОИНСТВА: универсальность, простота изготовления, легкость по сравнению с системой висячих стропил.

НЕДОСТАТКИ: требует наличия дополнительных опор.

Вопросы рациональности

Для опоры свеса лучше использовать кобылки, а не выведенные за пределы стен нижние части стропильных ног. Это позволит опереть стропильную ногу на мауэрлат всем ее сечением, повысив надежность конструкции крыши. Кроме того, кобылку можно сделать необходимой длины (чтобы ширина свеса была до 100 см) - достаточной из практических и эстетических соображений, а сечение кобылки может быть меньше, чем у стропильной ноги, что обеспечит экономию древесины.

В системах с висячими стропилами обязательно надо соединять стропила, образующие скат, ветровой доской. Ее прибивают наклонно со стороны чердака от мауэрлата до конька. Таким образом она соединяет между собой все стропила, формирующие скат, и придает конструкции жесткость и способность эффективно противостоять ветровым нагрузкам.

Без этого крыша будет шататься и даже может разрушить фронтонную стену. Ветровая доска не нужна при сплошной обрешетке, например под битумную кровлю, в системах с наслонными стропилами ее необходимость определяется расчетом.

Если все же для монтажа стропильной системы использовать древесину, влажность которой более 18 %, то нужно быть готовым к тому, что при ее высыхании узлы соединения элементов между собой ослабляются, что может привести к неустойчивости конструкции.

Поэтому для крепления влажной древесины надежнее применять болты, а не гвозди и скобы. В процессе соединения элементов металлическими пластинами следует использовать гвозди диаметром не менее 4 мм и длиной 40 мм. Еще надежнее - ершенные гвозди или винты.

Зоны внимания

Толщина всех деревянных элементов стропильной системы должна быть не менее 50 мм.

Элементы стропильной системы должны быть гладко оструганы со всех сторон, так как это повышает устойчивость к гниению и поражению грибком.

Нельзя по собственному желанию добавлять элементы в рассчитанную стропильную систему. Изменение любой детали может привести к перераспределению нагрузок и потребовать корректировок в проекте.

При стыковке мауэрлата с конструкциями дома должна быть соблюдена не только горизонтальность подошвы мауэрлата со стенами, но и горизонтальность площадки опоры стропильной ноги на мауэрлат. Иначе силы будут действовать на опрокидывание опоры.

Желательно такое расположение опор для стропильных ног (стоек, подкосов), чтобы решение стропильной системы было по возможности симметричным.

Мауэрлаты и другие части стропильной системы, соприкасающиеся с кладкой (кирпичом, газобетоном, бетоном), изолируют прокладками из рулонных гидроизоляционных материалов. Класть стропила прямо на каменную стену нельзя, так как это приведет к образованию конденсата и гниению деревянных частей конструкции.

Для защиты стропил от влаги и гниения в мансардной крыше должны быть устроены вентилируемые зазоры, а в чердачной - обеспечена вентиляция чердака при помощи продухов.

Участок стропильной ноги без опоры на стойку или подкос должен быть не более 4,5 м.

Стропильные фермы также универсальны в применении. Ферма -это плоский элемент стропильной системы, включающий в себя, в соответствии с расчетами, стропила, затяжки, стойки, раскосы. Все элементы расположены в пределах нижнего и верхнего пояса фермы таким образом, что не нуждаются в дополнительных опорах в виде внутренних конструкций здания. Ферма опирается лишь на наружные стены, создавая на них только вертикальное давление, может иметь большой пролет (16 м -не предел). При помощи этих систем можно обеспечить различную форму крыши (треугольную, ломаную, трапециевидную и т. п.) и любой необходимый уклон. Фермы (изготовленные на стройплощадке или доставленные с завода в готовом виде) устанавливают на расчетном расстоянии друг от друга.

При большом пролете их можно собирать из нескольких частей. Для чердачной крыши нижний пояс фермы проектируют горизонтальным, и он служит основой потолка комнаты. При создании мансарды конфигурацию пространства можно обеспечить соответствующей формой нижнего пояса фермы.

СФЕРА ПРИМЕНЕНИЯ: для любых типов зданий, при больших пролетах, при отсутствии внутренних опор, для крыш сложных форм, для чердачных крыш с небольшим уклоном (14-260), в том числе односкатных.

ДОСТОИНСТВА: быстрота и простота выполнения конструкции крыши, возможность сэкономить на расходе древесины до 30 % по сравнению с системой кустарного изготовления (благодаря точному расчету сечения элементов). Возможность обеспечить свободную планировку большого пространства.

ОСТАТКИ: требуются дополнительные средства на расчет и конструирование.

Соединительные элементы

Прочность и долговечность стропильной системы зависит от правильного решения узлов сопряжения элементов друг с другом. Соединения должны обеспечивать передачу расчетных усилий и нагрузок в определенном направлении, работать в условиях динамических нагрузок, обеспечивать работу узлов при высыхании древесины, появлении трещин от усушки.

Традиционно элементы стропильной системы соединяют между собой при помощи врубок, дополненных гвоздями, металлическими шпильками, скрутками. Для создания таких сопряжений необходимо мастерство плотника (причем каждый из мастеров использует свои приемы), кроме того, деревянные конструкции должны иметь большие сечения, которые позволяют безопасно ослаблять конструкцию, делая врубки. Традиционные соединения отличаются надежностью, однако не способствуют экономии древесины, будучи рассчитаными на использование бревен (круглого леса).

Сегодня для элементов стропильной системы используют обработанную древесину в виде досок и брусьев с площадью сечения в несколько раз меньше, чем у бревен. Соединяют детали без врубок, используя металл, в том числе болты и нагели. Современный простой и экономичный способ сопряжения элементов крыши - при помощи накладок из перфорированной полосовой стали с антикоррозионным покрытием. Накладки крепят к древесине гвоздями или же используют зубчатые пластины, которые утапливают в древесину. Преимущества соединения при помощи металлических накладок:

  • можно уменьшить сечение стропил, стоек, подкосов и снизить расход древесины до 20 % по сравнению с традиционными креплениями;
  • л для выполнения соединений не требуется высокое плотничье мастерство;
  • в сокращается срок монтажа стропильной системы.

По материалам сайта: http://bestproject.ws